CN111355249A - 等电感能量变化率的储能电站充放电快速切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锂电池储能系统控制领域，特别是一种等电感能力变化率的储能电站充放电快速切换方法，其要点在于，它包括充/放电功率下降过程中直轴电流的给定方法和充/放电功率增加时的直轴电流给定方法，当系统处理大功率时，其电流变化率小，而系统处理小功率时，其电流变化率较大；在整个切换过程中电感能量的变化率是恒定的，随时间线性变化，而充放电转换过程中并网电流与直流侧电流包络线按0.5次幂函数曲线规律变化，本发明的优点在于：可以改善储能系统的响应时间，相比传统线性方案，在相同条件下时间可提升50%。有切换过程平稳，波形失真小，响应迅速等优点。

Description

等电感能量变化率的储能电站充放电快速切换方法

技术领域

本发明涉及一种储能电站充放电切换方法，特别是一种等电感能量变化率的储能电站充放电快速无缝切换方法。

背景技术

储能电站主要的任务是平抑风、光新能源出力波动，充分利用新能源设施发电能力。保障电网正常运行，在配电网有脱离正常工作区间趋势、甚至出现故障时，能够迅速的向电网提供调频、调峰、黑启动等辅助功能。这需要储能电站能够迅速响应来自调度系统的指令，完成工作状态的转换，响应速度影响到储能系统是否能满足电力系统辅助服务的要求，切换过程中的平稳性能会影响储能系统的寿命和电网的稳定运行。

当双向储能逆变器在进行储能和逆变两种工作模式切换时，双向储能逆变器的直流母线电流方向发生了变化，交流侧电流的相位发生了翻转。而当直流母线电流取值符号变化时，双向储能逆变器的能量流动方向反转，此时直流母线电流产生突变，当变化率较大时，系统中的储能元器件必然会产生磁场阻碍能量的反转流动。

当前储能电站常用的充放电切换方法为硬切换与线性软切换。采用硬切换的方式进行充放电状态转换时，硬切换冲击电流使器件电流应力增大，需要留更多硬件裕量；且切换过程中存在电流突变，电流变化率会带来电磁干扰问题，影响系统稳定工作、导致电网电压畸变、系统温升、振动等问题。采用线性软切换时，变流器在整个切换过程中电流变化率相同，切换速度慢且无法提高，如果在线性切换条件下进一步提高切换速度，会导致变流器在处理大功率时电流变化率大，影响切换过程的稳定性和波形畸变程度。

发明内容

本发明的目的在于根据现有技术的不足之处而提供一种能够有效提高切换速度、确保切换过程稳定性、减小波形畸变程度的等电感能量变化率的储能电站充放电快速切换方法。

本发明所述目的是通过以下途径来实现的：

等电感能量变化率的储能电站充放电快速切换方法，其要点在于，包括如下步骤：

1)储能电站中的储能电池并网运行时，电站储能通过双向变流器与电网进行能量交互；双向变流器的控制系统控制变流器向电网输出直轴电流与交轴电流，在运行过程中，变流器控制系统每间隔设定时间保存当前运行的直轴电流参数值，以作为切换时刻的电流初值；

2)当收到上级调度系统的工作指令需要对储能电站进行切换时，变流器控制系统根据记录下的当前直轴电流初值I_t0计算切换时的直轴电流最终值I_t1：

其中：c为设定电感能量变化率，E_L为电感中存储的能量，L为滤波电感值，Δt为系统的开关周期更新间隔，I_t0则是切换时刻的上一时刻的电流参考量，即当前直轴电流初值；0～t1为功率下降时间；t为切换过程的实时时间；I为切换过程中的电流值；

3)变流器控制系统保存切换前的直轴电流初值I_t0和切换后的目标电流值-直轴电流最终值最终值I_t1，并获得切换过程曲线，变流器控制系统跟随参考曲线快速完成充放电的切换。

本发明采用等电感能量变化率的切换方式时，在整个切换过程中电感能量的变化率是恒定的，直流侧电流/交流电流包络线的变化率与系统处理功率之间的关系为，当系统处理大功率时，其电流变化率小，而系统处理小功率时，其电流变化率较大。充放电转换过程中并网电流与直流侧电流包络线按0.5次幂函数曲线规律变化，交流侧电流包络线随时间呈0.5次幂函数曲线变化，电感能量随时间线性变化，切换速度相比线性的切换方案有50％的提升。举例来说，对象为500kVA双向功率变换器，当使用线性切换方法时，功率上升与下降时间为50ms，总的切换时间为100ms，在功率上升与下降过程中，直轴电流与时间呈线性关系，电感能量与时间呈二次幂函数关系；当采用本发明所述等电感能量变化率的切换方式时，功率上升和下降时间为25ms，总的切换时间为50ms。

可见，本发明具有以下优点：(1)本发明采用等电感能量变化率的非线性电流给定策略进行充放电无缝切换，具有速度切换过程短、波形畸变小的优点；(2)切换过程中电感能量变化率等于线性切换策略时的最大值，因此不会带来影响稳定性的问题，能够改善线性软切换下电感能量变化率随直轴电流变化的缺陷，在切换过程中始终保持电感能量变化率为固定值，提高了双向变流器的响应速度。(3)还可以直接移植到线性的方案中，用于提高当前线性切换系统动态响应。

附图说明

图1为本发明所述的变流器控制系统的dq解耦控制框图；

图2为作为本发明对比的线性切换方法中的电流计算效果图；

图3为本发明所述等电感能力变化率的快速切换方法中的电流计算效果图；

图4为作为本发明对比的线性切换方法中的Matlab\Simulink仿真波形图；

图5为本发明所述等电感能力变化率的快速切换方法中的Matlab\Simulink仿真波形图。

下面结合实施例对本发明做进一步描述。

具体实施方式

最佳实施例：

参照附图1，在双向变流器控制中，直轴电流I_d控制并网有功功率，交轴电流Iq控制并网无功功率，因此当变流器处于逆变状态时，直轴电流的给定由并网有功功率参考得到，交轴电流的给定由并网无功功率参考得到。而当变流器处于整流状态时，控制为单位功率因数，因此交轴电流给定为零，直轴电流给定是由直流侧充电电压外环或充电电流外环得到。无论变流器处于逆变或整流状态，控制的实质都是控制直轴与交轴电流环路。因此，实现软切换就是在切换过程中使得直轴电流给定按照一定的规律变化。

参照图3、5，等电感能力变化率的储能电站充放电快速切换方法，包括如下步骤：

1)储能电站中的储能电池并网运行时，电站储能通过双向变流器与电网进行能量交互；双向变流器提供直轴电流和交轴电流，提供变流器控制系统，在运行过程中，变流器控制系统每间隔设定时间保存当前运行的直轴电流参数值，以作为切换时刻的电流初值；

2)当收到上级调度系统的工作指令需要对储能电站进行切换时，变流器控制系统根据记录下的当前直轴电流初值I_t0计算切换时的直轴电流最终值I_t1：

其中：c为设定电感能量变化率，E_L为电感中存储的能量，L为滤波电感值，Δt为系统的开关周期更新间隔，I_t0则是切换时刻的上一时刻的电流参考量，即当前直轴电流初值；0～t1为功率下降时间；t为切换过程的实时时间；I为切换过程中的电流值；

3)变流器控制系统保存切换前的直轴电流初值I_t0和切换后的目标电流值-直轴电流最终值最终值I_t1，并获得切换过程曲线，变流器控制系统跟随参考曲线快速完成充放电的切换。

为了进一步描述本发明所述技术方案的创造，提供线性切换方法对比如下：

1、当线性工作时，PCS可按照下式实时计算电流给定值从而控制功能反转，其中0～t1为功率下降时间，t1～t2为功率反向上升时间，t1与t2是系统设计的值，t1一般等于t2：

其电流计算效果图可参照附图2，而MATLAB线性切换仿真验证波形如图4所示，变流器软启动后稳定运行。在运行50ms后收到调度系统工作状态切换指令，线性改变直轴电流给定经过100ms后完成切换。

2、本发明采用是一种等电感能量变化率的非线性切换方式，电流计算效果图可参照附图3，等电感能量变化率切换的仿真波形如图5所示，变流器软启动稳定运行。在运行50ms后收到调度系统工作状态切换指令，根据等电感能量变化率的计算公式实时计算电流给定值。由于单位功率因数下直轴电流给定即为交流侧电流幅值，因此交流电流包络线呈现为与直轴电流相同的变化趋势。整个切换过程为50ms，切换速度相比线性切换方式有50％的提升。

本发明未述部分与现有技术相同。

Claims (1)

1.等电感能量变化率的储能电站充放电快速切换方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)储能电站中的储能电池并网运行时，电站储能通过双向变流器与电网进行能量交互；双向变流器的控制系统控制变流器向电网输出直轴电流与交轴电流，在运行过程中，变流器控制系统每间隔设定时间保存当前运行的直轴电流参数值，以作为切换时刻的电流初值；

2)当收到上级调度系统的工作指令需要对储能电站进行切换时，变流器控制系统根据记录下的当前直轴电流初值I_t0计算切换时的直轴电流最终值I_t1：

其中：c为设定电感能量变化率，E_L为电感中存储的能量，L为滤波电感值，Δt为系统的开关周期更新间隔，I_t0则是切换时刻的上一时刻的电流参考量，即当前直轴电流初值；0～t1为功率下降时间；t为切换过程的实时时间；I为切换过程中的电流值；

3)变流器控制系统保存切换前的直轴电流初值I_t0和切换后的目标电流值-直轴电流最终值最终值I_t1，并获得切换过程曲线，变流器控制系统跟随参考曲线快速完成充放电的切换。

Images