CN112117770B - 储能变换器、光伏储能系统、储能系统及其谐振抑制方法 - Google Patents

储能变换器、光伏储能系统、储能系统及其谐振抑制方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种储能变换器、光伏储能系统、储能系统及其谐振抑制方法，该方法在检测到储能系统中的储能变换器与储能变流器之间出现谐振后，能够通过对储能系统中的硬件振荡点进行修改，以改变储能系统的谐振状态，从而有效避免固有的谐振，提高了储能系统的稳定性。

Description

储能变换器、光伏储能系统、储能系统及其谐振抑制方法
技术领域
本发明涉及检测控制技术领域，具体涉及一种储能变换器、光伏储能系统、储能系统及其谐振抑制方法。
背景技术
随着储能市场的不断阔进，储能变换器与储能变流器对接日益频繁，能够多元化的匹配更多等级的储能逆变器。
现有的储能系统可参见图1，其主要由储能变流器B、变压器C、储能变换器F及储能电池E构成。若该储能系统为光伏储能系统，相应的还包括多个光伏太阳能电池板串并联构成的光伏阵列A。
在现有的储能系统中，若是储能变换器为双向升降压变换器，其电池侧连接储能电池，PV侧连接储能逆变器。当储能系统的直流母线电压接近电池电压900V，PV电压950V进入双极调制频率为16K，单机电流设置140A时，双向升降压变换器出现振荡情况，频率为2.5KHZ左右。
发明内容
对此，本申请提供一种储能变换器、光伏储能系统、储能系统及其谐振抑制方法，以解决现有储能系统在运行过程中易出现谐振的问题。
为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
本申请第一方面公开了一种储能系统的谐振抑制方法，包括：
检测所述储能系统中的储能变换器与储能变流器之间是否出现谐振；
若所述储能变换器与所述储能变流器之间出现谐振，则对所述储能系统中的硬件振荡点进行修改，以改变所述储能系统的谐振状态。
可选地，在上述的储能系统的谐振抑制方法中，对所述储能系统中的硬件振荡点进行修改，包括：
对所述储能变换器的PV侧母线电容支路的容值进行修改。
可选地，在上述的储能系统的谐振抑制方法中，对所述储能变换器的PV侧母线电容支路的容值进行修改，包括：
依据仿真公式，确定所述PV侧母线电容支路的待配置容值；
控制所述PV侧母线电容支路上的开关动作，以使所述PV侧母线电容支路的容值为所述待配置容值。
可选地，在上述的储能系统的谐振抑制方法中，所述仿真公式为：
Figure BDA0002703236550000021
其中，Gclc为传递函数，C1表示储能变流器的母线电容，L表示储能变换器与储能变流器之间的线路电感，C2表示储能变换器的PV侧母线电容，s为传递函数中的域代号。
本申请第二方面公开了一种储能变换器，包括：主电路和控制器；
所述主电路的PV侧母线电容支路上设置有多个开关，各个所述开关的不同状态下，所述PV侧母线电容支路的容值不同；
所述控制器用于执行如第一方面公开的任一所述的储能系统的谐振抑制方法。
可选地，在上述的储能变换器中，各个所述开关包括：与所述PV侧母线电容支路中半母线电容的部分电容串联连接的开关，和/或，与所述PV侧母线电容支路中半母线电容的部分电容并联连接的开关。
可选地，在上述的储能变换器中，各个所述开关分别为：第一开关、第二开关、第三开关及第四开关；其中：
所述第一开关与正半母线电容的部分电容串联连接；
所述第二开关与负半母线电容的部分电容串联连接；
所述第三开关与正半母线电容的部分电容并联连接；
所述第四开关与负半母线电容的部分电容并联连接。
可选地，在上述的储能变换器中，所述主电路为双向升降压变换电路。
可选地，在上述的储能变换器中，各个所述开关均为继电器。
本申请第三方面公开了一种储能系统，包括：储能变流器、变压器、储能电池及如第二方面公开的任一所述的储能变换器；其中：
所述储能变换器的电池侧与所述储能电池相连；
所述储能变换器的PV侧与所述储能变流器的直流侧相连；
所述储能变流器的交流侧通过所述变压器连接电网。
本申请第四方面公开了一种光伏储能系统，包括：光伏阵列以及如第三方面公开的所述的储能系统；
所述光伏阵列与所述储能系统中储能变流器的直流侧相连。
基于上述本发明提供的储能系统的谐振抑制方法，在检测到储能系统中的储能变换器与储能变流器之间出现谐振后，能够通过对储能系统中的硬件振荡点进行修改，以改变储能系统的谐振状态，从而有效避免固有的谐振，提高了储能系统的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为现有技术提供的一种储能系统的结构示意图；
图2为本申请实施例提供一种储能系统的谐振抑制方法的流程图；
图3为本申请实施例提供的另一种储能系统的谐振抑制方法的流程图；
图4为本申请实施例提供的一种双向升降压变换器运行系统拓扑的结构示意图；
图5为本申请实施例提供的一种仿真所得的硬件谐振点的示意图；
图6为本申请实施例提供的一种储能变换器的结构示意图；
图7为本申请实施例提供的一种储能系统的结构示意图；
图8为本申请实施例提供的一种光伏储能系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请实施例提供了一种储能系统的谐振抑制方法，以解决现有储能系统在运行过程中易出现谐振的问题。
请参见图2，该储能系统的谐振抑制方法主要包括以下步骤：
S101、检测储能系统中的储能变换器与储能变流器之间是否出现谐振。
在实际应用中，储能变换器端口的电容与储能变流器端口的电容以及两者之间传输线缆等效的电感，会导致系统硬件上出现CLC谐振。若以储能变换器为图4中示出的双向升降压变换器运行系统拓扑为例，假设该双向升降压变换器运行系统拓扑的电池侧(图中的BAT侧)连接储能电池，PV侧连接储能逆变器；发明人经研究发现当电压接近时电池电压900V，PV电压950V进入双极调制频率为16K，单机电流设置140A时出现振荡情况，频率2.5KHZ左右。并且，对该拓扑出现CLC谐振时的情况进行仿真，根据线路参数，比如储能逆变器的输出电容C1为7.5mF、线缆电感L为5uH左右以及双向升降压变换器的母线电容C2为750uF，仿真得到的振荡点也差不多在2.5KHZ左右(如图5所示)。当然，在实际应用中，本申请提供的储能系统的谐振抑制方法并不仅限应用于双向升降压变换器，现有技术中的其他的储能变换器均能适用。
实际应用中，可以采用现有存在的方式来检测储能系统中的储能变换器与储能变流器之间是否出现谐振，此处不做具体限定，视其应用环境而定即可，均属于本申请的保护范围。
也就是说，储能变换器与储能变流器之间会出现谐振，进而使得系统硬件存在固有的振荡点，而现有的软件振荡点未能避开该硬件固有振荡点，影响了系统稳定性。本实施例在储能变换器与储能变流器之间出现谐振时，通过执行步骤S102，可以避免这一问题。
S102、对储能系统中的硬件振荡点进行修改，以改变储能系统的谐振状态。
由于储能系统在建设过程中，储能电池所配制的容量是固定的，并且储能系统的现场接线一般也不易更改，也即无法通过更改储能电池容量或者变换现场接线的方式，避免储能变换器产生谐振。对此，为了避免储能变换器产生谐振，发明人提出了通过改变储能变换器PV侧母线电容的容值，比如变更单机双向升降压变换器母线电容容值的方式，使得储能系统中软件振荡点能够避开硬件振荡点，该硬件振荡点即指由系统中CLC振荡或LC振荡而带来的硬件上固有的振荡点，比如上文中提到的硬件固有振荡点；以此有效避免固有的谐振，从而提高储能系统的稳定性。
具体的，对储能变换器的PV侧母线电容支路的容值进行修改的过程可如图3所示：
S201、依据仿真公式，确定PV侧母线电容支路的待配置容值。
该仿真公式为：
Figure BDA0002703236550000051
其中，Gclc为传递函数，C1表示储能变流器的母线电容，L表示储能变换器与储能变流器之间的线路电感，C2表示储能变换器的PV侧母线电容，s为传递函数中的域代号。
实际应用中，若储能变换器为图4中的双向升降压变换器，则储能变换器的母线电容为图4中的C2；而储能变流器为双向升降压变换器前级的储能逆变器，储能变流器的PV侧母线电容为图4中的C1；储能变换器与储能变流器之间的线路电感，为双向升降压变换器与储能逆变器之间的电感L。
依据仿真公式，可以确定PV侧母线电容支路的容值应当变更至何值，才能改变硬件振荡点，进而为容值变更提供了参考和指导。
S202、控制PV侧母线电容支路上的开关动作，以使PV侧母线电容支路的容值为待配置容值。
由于PV侧母线电容支路上通常是由多个电容通过串并联来实现母线电容的作用的，所以实际应用中，可以在PV侧母线电容支路上为各个电容设置有相应的串并联开关，通过控制PV侧母线电容支路上各个开关的闭合或者断开，使得PV侧母线电容支路的多电容串并联结构得以改变，进而使其整体等效容值变换为根据仿真公式确定的待配容值，从而达到对储能系统中的硬件振荡点进行修改的目的。
在本实施例中提供的储能系统的谐振抑制方法中，在检测储能系统中的储能变换器与储能变流器之间出现谐振后，能够对储能系统中的硬件振荡点进行修改，以改变储能系统的谐振状态，从而能够有效避免固有的谐振，提高了储能系统的稳定性。
在上述的基础之上，本申请另一实施例还提供了一种储能变换器，请参见图6，该储能变换器包括：主电路101和控制器(未进行图示)。
主电路101的PV侧母线电容支路上设置有多个开关(如图中示出的S5、S6、S7、S8)，各个开关的不同状态下，PV侧母线电容支路的容值不同。
控制器用于执行如上述任一实施例所述的储能系统的谐振抑制方法。
在实际应用中，控制器在检测到出现谐振后，可以在一定时间内控制开关S5、S6、S7及S8的通断，以此改变系统中的硬件振荡点。
需要说明的是，控制器用于执行的储能系统的谐振抑制方法的具体过程，还可参见图2至图5对应的实施例，此处不再赘述。
实际应用中，该主电路101可以是双向升降压变换电路，也即图6中示出的拓扑；当然，主电路101的具体类型还可以是现有的其他变换电路，本申请对主电路101的具体类型不作限定，均属于本申请的保护范围。
实际应用中，PV侧母线电容支路上的母线电容分为：正半母线电容和负半母线电容；其中，全部连接于PV+和O点之间的各个电容，通过串并联构成该正半母线电容，全部连接于O点和PV-之间的各个电容，通过串并联构成该负半母线电容；每个半母线电容所包含的串并联电容数量不做具体限定，视其应用环境而定即可，可以与现有技术中的情况相同。而全部的开关分为：与PV侧母线电容支路中半母线电容的部分电容串联连接的开关(如图中S5和S6)，和/或，与PV侧母线电容支路中半母线电容的部分电容并联连接的开关(如图中的S7和S8)；也即是说，PV侧母线电容支路上，可以仅设置有与相应电容串联的开关，也可以仅设置有与相应电容并联的开关，还可以同时设置有上述两种开关，且每种开关的数量均不做具体限定，视其容值调整范围而定即可，均在本申请的保护范围内。
以一种简单的结构为例进行展示，参见图6，主电路101PV侧的负荷开关S1和S4后级，其正半母线电容包括：并联连接的三个电容支路，其中一个电容支路包括电容C1，另一个电容支路包括电容C2，还有一个电容支路包括串联连接的电容C5和C6；负半母线电容包括：并联连接的三个电容支路，其中一个电容支路包括电容C3，另一个电容支路包括电容C4，还有一个电容支路包括串联连接的电容C7和C8；此时，全部的开关分别为：第一开关S5、第二开关S6、第三开关S7及第四开关S8。其中：
第一开关S5与正半母线电容的部分电容串联连接，比如与图6中电容C1和C2并联连接后的支路串联连接；实际应用中，其也可以与一个单独的电容C1或C2串联连接，或者与一路串联电容C5和C6串联连接。
第二开关S6与负半母线电容的部分电容串联连接，比如与图6中电容C3和C4并联连接后的支路串联连接；实际应用中，其也可以与一个单独的电容C3或者C4串联连接，或者与一路串联电容C7和C8串联连接。
第三开关S7与正半母线电容的部分电容并联连接，比如与图6中电容C5并联；实际应用中，其也可以与另一个单独的电容C6并联，或者，与电容C1和C2并联连接后的支路并联连接。
第四开关S8与负半母线电容的部分电容并联连接，比如与图6中电容C7并联；实际应用中，其也可以与另一个单独的电容C8并联，或者，与电容C3和C4并联连接后的支路并联连接。
当然，PV侧母线电容支路上开关的设置情况，还可视具体应用环境和用户需求而定，本申请不作具体限定，均属于本申请的保护范围内。
在实际应用中，PV侧母线电容支路上所设置开关的具体类型为继电器，当然还可以是其他具有通断控制功能的器件，本申请对开关的具体类型不作具体限定，均属于本身的保护范围内。图6中，开关S1和S4是主电路101PV侧的负荷开关，开关S2和S3是主电路101电池侧的负荷开关，其类型也不作具体限定。
在图6示出的储能变换器的基础之上，本申请另一实施例还提供了一种储能系统，请参见图7，该储能系统包括：储能变流器201、变压器202、储能电池203及如上述任一实施例所述的储能变换器204。其中：
储能变换器204的电池侧与储能电池203相连。
储能变换器204的PV侧与储能变流器201的直流侧相连。
储能变流器201的交流侧通过变压器202连接电网。
需要说明的是，关于储能变换器204的相关描述可参见图6对应的实施例，此处不再赘述。
还需要说明的是，关于储能变流器201、变压器202及储能电池203的相关说明还可参见现有技术，此处不再赘述。
在图7示出的储能系统的基础之上，本申请另一实施例还提供了一种光伏储能系统，请参见图8，该光伏储能系统主要包括：光伏阵列301以及如上述任一实施例所述的储能系统302。
光伏阵列301与储能系统302中储能变流器201的直流侧相连。
需要说明的是，关于储能系统302的相关说明可参见图7对应的实施例，此处不再赘述。
还需要说明的是，关于光伏阵列301的相关说明，还可参见现有技术，此处也不再赘述。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (11)

1.一种储能系统的谐振抑制方法，其特征在于，包括：
检测所述储能系统中的储能变换器与储能变流器之间是否出现谐振；其中，所述储能变换器的电池侧与储能电池相连，所述储能变换器的PV侧与所述储能变流器的直流侧相连，光伏阵列与所述储能系统中的储能变流器的直流侧相连；
若所述储能变换器与所述储能变流器之间出现谐振，则对所述储能系统中的硬件振荡点进行修改，以改变所述储能系统的谐振状态并使软件振荡点避开所述硬件振荡点。
2.根据权利要求1所述的储能系统的谐振抑制方法，其特征在于，对所述储能系统中的硬件振荡点进行修改，包括：
对所述储能变换器的PV侧母线电容支路的容值进行修改。
3.根据权利要求2所述的储能系统的谐振抑制方法，其特征在于，对所述储能变换器的PV侧母线电容支路的容值进行修改，包括：
依据仿真公式，确定所述PV侧母线电容支路的待配置容值；
控制所述PV侧母线电容支路上的开关动作，以使所述PV侧母线电容支路的容值为所述待配置容值。
4.根据权利要求3所述的储能系统的谐振抑制方法，其特征在于，所述仿真公式为：
Figure 371029DEST_PATH_IMAGE002
;
其中，Gclc为传递函数，C1表示储能变流器的母线电容，L表示储能变换器与储能变流器之间的线路电感，C2表示储能变换器的PV侧母线电容，s为传递函数中的域代号。
5.一种储能变换器，其特征在于，包括：主电路和控制器；
所述主电路的PV侧母线电容支路上设置有多个开关，各个所述开关的不同状态下，所述PV侧母线电容支路的容值不同；
所述控制器用于执行如权利要求1-4任一所述的储能系统的谐振抑制方法。
6.根据权利要求5所述的储能变换器，其特征在于，各个所述开关包括：与所述PV侧母线电容支路中半母线电容的部分电容串联连接的开关，和/或，与所述PV侧母线电容支路中半母线电容的部分电容并联连接的开关。
7.根据权利要求6所述的储能变换器，其特征在于，各个所述开关分别为：第一开关、第二开关、第三开关及第四开关；其中：
所述第一开关与正半母线电容的部分电容串联连接；
所述第二开关与负半母线电容的部分电容串联连接；
所述第三开关与正半母线电容的部分电容并联连接；
所述第四开关与负半母线电容的部分电容并联连接。
8.根据权利要求5-7任一所述的储能变换器，其特征在于，所述主电路为双向升降压变换电路。
9.根据权利要求5-7任一所述的储能变换器，其特征在于，各个所述开关均为继电器。
10.一种储能系统，其特征在于，包括：储能变流器、变压器、储能电池及如权利要求5-9任一所述的储能变换器；其中：
所述储能变换器的电池侧与所述储能电池相连；
所述储能变换器的PV侧与所述储能变流器的直流侧相连；
所述储能变流器的交流侧通过所述变压器连接电网。
11.一种光伏储能系统，其特征在于，包括：光伏阵列以及如权利要求10所述的储能系统；
所述光伏阵列与所述储能系统中储能变流器的直流侧相连。
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