CN112564455A - 一种多台储能变流器并联离网运行控制方法及系统 - Google Patents

一种多台储能变流器并联离网运行控制方法及系统 Download PDF

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王瑞
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肖飞
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Xi'an Lingying Electronic Technology Co ltd
State Grid Xinyuan Zhangjiakou Scenery Storage Demonstration Power Plant Co ltd
Xian XJ Power Electronics Technology Co Ltd
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Xi'an Lingying Electronic Technology Co ltd
State Grid Xinyuan Zhangjiakou Scenery Storage Demonstration Power Plant Co ltd
Xian XJ Power Electronics Technology Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种多台储能变流器并联离网运行控制方法及系统，方法包括：多台并联储能变流器采用下垂控制运行；储能变流器检测自身输出电压的相位，在相位过零点生成自同步信号；对机端电压幅值和频率偏差进行积分校正控制；储能变流器退出运行，积分校正控制清零。系统包括：下垂控制模块，用于多台并联储能变流器进行变流器并联运行；自同步信号模块，储能变流器检测自身输出电压的相位，用于在相位过零点生成自同步信号；校正模块，用于对机端电压幅值和频率偏差进行积分校正控制。本发明能够实现多台储能变流器无互联线并联离网运行工况下电压、频率的无差控制，同时满足功率均分要求，实现储能变流器集群离网供电运行。

Description

一种多台储能变流器并联离网运行控制方法及系统
技术领域
本发明涉及储能技术领域，特别涉及一种多台储能变流器并联离网运行控制方法及系统。
背景技术
储能是提升传统电力系统灵活性、经济性和安全性的重要手段，是推动主体能源由化石能源向可再生能源更替的关键技术，是构建能源互联网、推动电力体制改革和促进能源新业态发展的核心基础。储能系统参与电网调压调频、降低峰谷差、平抑波动以及提高新型可再生能源本地消纳等方面的应用，目前己经得到广泛研究，取得了大量的技术成果。
受电池成组技术条件限制，储能系统通常采用多机分散接入、集群运行方式，随着储能装机容量增大，储能集群运行仍面临着诸多难题，多机集群无互联线离网运行是其中之一。常规多机无互联线并联离网运行通常采用下垂控制或者虚拟同步机控制等对等控制，均为电压频率有差控制，以牺牲控制精度获得功率均分性能；或通过集控系统进行二次调节，这样时间尺度大，不能满足实时性要求，暂态性能差，且需增加变流器和集控系统的通讯互联，控制系统相对复杂，降低了系统的可靠性。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种多台储能变流器并联离网运行控制方法及系统，能够实现多台储能变流器无互联线并联离网运行工况下电压、频率的无差控制，同时满足功率均分要求，实现储能变流器集群离网供电运行。
第一方面，本发明实施例提供了一种多台储能变流器并联离网运行控制方法，包括：
多台并联储能变流器采用下垂控制运行。
储能变流器检测自身输出电压的相位，在相位过零点生成自同步信号。
对机端电压幅值和频率偏差进行积分校正控制，在自同步信号的每一个周期起始时刻积分一次，积分输出分别叠加至下垂输出的频率指令和电压幅值上。
储能变流器退出运行，积分校正控制清零。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，所述储能变流器检测自身输出电压的相位采用锁相环实现。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，所述在相位过零点生成自同步信号，计算方法为当前时间相位
Figure BDA0002778044680000021
其中，t为时间。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述积分校正控制包括角频率校正和电压幅值校正。
储能变流器输出端的角频率ω的校正方法为ω+Δω，其中Δω为角频率校正值。
储能变流器输出端电压幅值U的校正方法为U+ΔU，其中ΔU为电压幅值校正值。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述角频率校正值Δω的计算方法为：Δω＝Δω+kiω(ω0-ω)，ω0为储能变流器输出端的额定角频率，kiω为频率校正积分系数，每台储能变流器的频率校正积分系数一致。
所述电压幅值校正值ΔU的计算公式为：ΔU＝ΔU+kiu(U0-U)，U0为储能变流器输出端的额定电压幅值，kiu为电压校正积分系数，每台储能变流器的电压校正积分系数一致。
第二方面，本发明实施例还提供了一种应用如前所述多台储能变流器并联离网运行控制方法的多台储能变流器并联离网运行控制系统，包括：
下垂控制模块，用于多台并联储能变流器进行变流器并联运行。
自同步信号模块，储能变流器检测自身输出电压的相位，用于在相位过零点生成自同步信号。
校正模块，用于对机端电压幅值和频率偏差进行积分校正控制，在自同步信号的每一个周期起始时刻积分一次，积分输出分别叠加至下垂输出的频率指令和电压幅值上。
终止模块，用于储能变流器退出运行时，积分校正控制清零。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，所述校正模块包括：
角频率校正单元，用于储能变流器输出端的角频率ω的校正，方法为ω+Δω，其中Δω为角频率校正值。
电压幅值校正单元，储能变流器输出端电压幅值U的校正，方法为U+ΔU，其中ΔU为电压幅值校正值。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，角频率校正值Δω＝Δω+kiω(ω0-ω)，ω0为储能变流器输出端的额定角频率，kiω为频率校正积分系数，每台储能变流器的频率校正积分系数一致。
电压幅值校正值ΔU＝ΔU+kiu(U0-U)，U0为储能变流器输出端的额定电压幅值，kiu为电压校正积分系数，每台储能变流器的电压校正积分系数一致。
本发明实施例的有益效果是：
本发明提供一种多台储能变流器并联离网运行控制方法及系统，通过对机端电压幅值和频率偏差进行积分校正控制，解决常规下垂控制频率电压控制偏差的问题，能够实现多台储能变流器无互联线并联离网运行工况下电压、频率的无差控制，同时满足功率均分要求，实现储能变流器集群离网供电运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明多台储能变流器并联离网运行控制方法的流程图；
图2为本发明多台储能变流器并联离网运行控制方法的下垂控制原理示意图；
图3为本发明多台储能变流器并联离网运行控制方法的自同步信号生成原理示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件能够以各种不同的配置来布置和设计。
下垂控制的原理如下，通过模拟发电机的下垂特性实现变流器并联运行。各变流器检测自身输出有功、无功功率，通过P/f下垂曲线和Q/U下垂曲线得到输出电压频率和幅值的指令值，然后调节输出电压和频率实现有功和无功的分配。
请参照图1至图3，本发明的第一个实施例提供一种多台储能变流器并联离网运行控制方法，包括：
多台并联储能变流器采用下垂控制运行。
储能变流器检测自身输出电压的相位，在相位过零点生成自同步信号。
对机端电压幅值和频率偏差进行积分校正控制，在自同步信号的每一个周期起始时刻积分一次，积分输出分别叠加至下垂输出的频率指令和电压幅值上。
储能变流器退出运行，积分校正控制清零。
如图2所示，下垂控制运行的原理为：
一般变流器输出阻抗为感性，其P/f下垂和Q/U下垂特性为：
Figure BDA0002778044680000051
其中，ω0、U0分别为变流器输出额定角频率、额定电压幅值，kp、kq分别为P/f、Q/U的下垂系数，P、Q分别为变流器输出有功功率、无功功率，P0、Q0分别为变流器额定有功功率、无功功率。
下垂控制为有差控制，不同负荷下的稳态工作点不同，导致电压偏差和频率偏差。为进一步提升控制精度，通常通过集控系统对各变流器的电压和频率指令进行二次调节，即集控系统采集网架电压和频率，通过特定的算法计算电压和频率指令校正量，并下发至各并联变流器，并联变流器的电压幅值和频率指令叠加校正量，校正输出。
所述储能变流器检测自身输出电压的相位采用锁相环实现。
所述在相位过零点生成自同步信号，计算方法为当前时间相位
Figure BDA0002778044680000052
其中，t为时间。
图3中，D为自同步信号脉宽，T为自同步信号周期，也就是变流器相位周期，有D＜T。
其中，所述积分校正控制包括角频率校正和电压幅值校正。
储能变流器输出端的角频率ω的校正方法为ω+Δω，其中Δω为角频率校正值。
储能变流器输出端电压幅值U的校正方法为U+ΔU，其中ΔU为电压幅值校正值。
其中，所述角频率校正值Δω的计算方法为：Δω＝Δω+kiω(ω0-ω)，ω0为储能变流器输出端的额定角频率，kiω为频率校正积分系数，每台储能变流器的频率校正积分系数一致。
所述电压幅值校正值ΔU的计算公式为：ΔU＝ΔU+kiu(U0-U)，U0为储能变流器输出端的额定电压幅值，kiu为电压校正积分系数，每台储能变流器的电压校正积分系数一致。
请参照图2至图3，本发明的第二个实施例提供一种应用如前所述多台储能变流器并联离网运行控制方法的多台储能变流器并联离网运行控制系统，包括：
下垂控制模块，用于多台并联储能变流器进行变流器并联运行。
自同步信号模块，储能变流器检测自身输出电压的相位，用于在相位过零点生成自同步信号。
校正模块，用于对机端电压幅值和频率偏差进行积分校正控制，在自同步信号的每一个周期起始时刻积分一次，积分输出分别叠加至下垂输出的频率指令和电压幅值上。
终止模块，用于储能变流器退出运行时，积分校正控制清零。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，所述校正模块包括：
角频率校正单元，用于储能变流器输出端的角频率ω的校正，方法为ω+Δω，其中Δω为角频率校正值。
电压幅值校正单元，储能变流器输出端电压幅值U的校正，方法为U+ΔU，其中ΔU为电压幅值校正值。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，角频率校正值Δω＝Δω+kiω(ω0-ω)，ω0为储能变流器输出端的额定角频率，kiω为频率校正积分系数，每台储能变流器的频率校正积分系数一致。
电压幅值校正值ΔU＝ΔU+kiu(U0-U)，U0为储能变流器输出端的额定电压幅值，kiu为电压校正积分系数，每台储能变流器的电压校正积分系数一致。
本发明实施例旨在保护一种多台储能变流器并联离网运行控制方法及系统，具备如下效果：
本发明的多台储能变流器并联离网运行控制方法及系统，通过多台变流器采用下垂控制并联离网运行，分别检测各自机端电压的相位，在相位过零点生成自同步信号；对机端电压幅值和频率偏差进行积分校正控制，以自同步信号作为积分计算周期实现补偿控制同步和补偿功率均分。通过对机端电压幅值和频率偏差进行积分校正控制，解决常规下垂控制频率电压控制偏差的问题，且无需通讯互联，能够实现多台储能变流器无互联线并联离网运行工况下电压、频率的无差控制，同时满足功率均分要求，实现储能变流器集群离网供电运行，比常规集控系统二次调节方案简单可靠，暂态调节性能显著提升。本发明可应用于分布式发电、储能、微电网等领域，在多变流器无互联线并联离网运行工况下，实现电压幅值和频率无差控制的同时功率均分。
本发明实施例所提供的多台储能变流器并联离网运行控制方法及装置的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
具体地，该存储介质能够为通用的存储介质，如移动磁盘、硬盘等，该存储介质上的计算机程序被运行时，能够执行上述多台储能变流器并联离网运行控制方法，从而能够实现多台储能变流器无互联线并联离网运行工况下电压、频率的无差控制，同时满足功率均分要求，实现储能变流器集群离网供电运行。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种多台储能变流器并联离网运行控制方法，其特征在于，包括：
多台并联储能变流器采用下垂控制运行；
储能变流器检测自身输出电压的相位，在相位过零点生成自同步信号；
对机端电压幅值和频率偏差进行积分校正控制，在自同步信号的每一个周期起始时刻积分一次，积分输出分别叠加至下垂输出的频率指令和电压幅值上；
储能变流器退出运行，积分校正控制清零。
2.根据权利要求1所述的多台储能变流器并联离网运行控制方法，其特征在于，所述储能变流器检测自身输出电压的相位采用锁相环实现。
3.根据权利要求1所述的多台储能变流器并联离网运行控制方法，其特征在于，所述在相位过零点生成自同步信号，计算方法为当前时间相位
Figure FDA0002778044670000011
其中，t为时间。
4.根据权利要求1所述的多台储能变流器并联离网运行控制方法，其特征在于，所述积分校正控制包括角频率校正和电压幅值校正；
储能变流器输出端的角频率ω的校正方法为ω+Δω，其中Δω为角频率校正值；
储能变流器输出端电压幅值U的校正方法为U+ΔU，其中ΔU为电压幅值校正值。
5.根据权利要求4所述的多台储能变流器并联离网运行控制方法，其特征在于，
所述角频率校正值Δω的计算方法为：Δω＝Δω+kiω(ω0-ω)，ω0为储能变流器输出端的额定角频率，kiω为频率校正积分系数，每台储能变流器的频率校正积分系数一致；
所述电压幅值校正值ΔU的计算公式为：ΔU＝ΔU+kiu(U0-U)，U0为储能变流器输出端的额定电压幅值，kiu为电压校正积分系数，每台储能变流器的电压校正积分系数一致。
6.一种应用如权利要求1-5任一项所述多台储能变流器并联离网运行控制方法的多台储能变流器并联离网运行控制系统，其特征在于，包括：
下垂控制模块，用于多台并联储能变流器进行变流器并联运行；
自同步信号模块，储能变流器检测自身输出电压的相位，用于在相位过零点生成自同步信号；
校正模块，用于对机端电压幅值和频率偏差进行积分校正控制，在自同步信号的每一个周期起始时刻积分一次，积分输出分别叠加至下垂输出的频率指令和电压幅值上；
终止模块，用于储能变流器退出运行时，积分校正控制清零。
7.根据权利要求6所述的多台储能变流器并联离网运行控制系统，其特征在于，所述校正模块包括：
角频率校正单元，用于储能变流器输出端的角频率ω的校正，方法为ω+Δω，其中Δω为角频率校正值；
电压幅值校正单元，储能变流器输出端电压幅值U的校正，方法为U+ΔU，其中ΔU为电压幅值校正值。
8.根据权利要求7所述的多台储能变流器并联离网运行控制系统，其特征在于，
角频率校正值Δω＝Δω+kiω(ω0-ω)，ω0为储能变流器输出端的额定角频率，kiω为频率校正积分系数，每台储能变流器的频率校正积分系数一致；
电压幅值校正值ΔU＝ΔU+kiu(U0-U)，U0为储能变流器输出端的额定电压幅值，kiu为电压校正积分系数，每台储能变流器的电压校正积分系数一致。
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