CN113852111B - 一种直挂式储能变流器的控制方法及装置 - Google Patents

一种直挂式储能变流器的控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电化学储能系统快速功率电流控制技术领域，具体提供了一种直挂式储能变流器的控制方法及装置，包括：利用预先构建的直挂式储能变流器子模块数量优化方程确定下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量预测值；基于所述下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量预测值调节下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量。本发明提供的技术方案能够实现对直挂式储能系统的快速功率控制，有力的支撑电网电压、频率调节。

Description

一种直挂式储能变流器的控制方法及装置
技术领域
本发明涉及电化学储能系统快速功率电流控制技术领域，具体涉及一种直挂式储能变流器的控制方法及装置。
背景技术
随着风力、太阳能等清洁能源发电技术的快速发展，储能电站作为电能存储场所参与电力系统的能量调节，己成为电力系统的重要环节，对电力系统的安全运行发挥着越来越重要的作用。以发电侧为例，风力、太阳能发电分别受风况、光照等环境因素制约较大，为保证发电量有效消纳、降低弃风弃光率，为电源配套相应的储能设施显得尤为必要。在电网负荷较低时，通过储能电池存储暂时无法消纳的电能；在电网负荷较大时，再将存储的电能输送给电网。
直挂式储能系统区别于传统的低压储能系统，采用模块化级联型拓扑结构，无需变压器直连6kV及以上电网，故转换效率可提升0.8-1%，且更易于工程应用。为响应国家“碳达峰、碳中和”目标，电网侧储能电站建设需求大幅提升，也逐渐向着更高接入电压等级、更大单站功率方向发展，而直挂式储能系统对比低压储能系统且更加契合这一发展方向，避免了大量的储能电流器并联的电气谐振、响应速率以及响应一致性等问题，同时直挂式储能系统可将储能电池分解至每个功率模块中，可避免大量电池并联所造成的电池短板问题，容量利用率得到有效提升。
直挂式储能系统作为一种较为新型的电化学储能技术路线，对其的功率电流控制多是低压储能系统的移植与衍生，系统的响应速率无法得到有效保证，且在能量均衡过程中易造成对系统输出品质产生影响，直接影响了直挂式储能系统主动支撑电网的能力，故亟需深入研究优化中高压直挂级联式储能系统快速电流控制及能量均衡控制方法。
目前，直挂式储能系统的电流控制主要方法仍是采用基于比例积分调节器（PID）的控制方法。该方法存在以下关键问题：（1）需要进行abc/dq旋转坐标系变换，数据处理较难;（2）基于PID的控制方法动态响应性能较慢，难以发挥级联式储能系统优势；（3）串级的控制系统架构易出现失稳现象；（4）直挂式储能系统控制及受控变量较多，运算负荷较大；（5）直挂式储能系统功率模块间存在一定的能量偏差。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提出了一种直挂式储能变流器的控制方法及装置。
第一方面，提供一种直挂式储能变流器的控制方法，所述直挂式储能变流器的控制方法包括：
利用预先构建的直挂式储能变流器子模块数量优化方程确定下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量预测值；
基于所述下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量预测值调节下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量。
优选的，所述利用预先构建的直挂式储能变流器子模块数量优化方程确定下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量预测值，包括：
将当前控制周期直挂式储能变流器的各相电流、电压、滤波电感和等效阻值代入预先构建的直挂式储能变流器子模块数量优化方程，求解所述预先构建的直挂式储能变流器子模块数量优化方程，得到下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量预测值。
优选的，所述预先构建的直挂式储能变流器子模块数量优化方程的计算式如下：
minG x =(i a * -i a (k+1))+ (i b * -i b (k+1))+ (i c * -i c (k+1))
上式中，G x 为直挂式储能变流器子模块数量优化方程目标值，i a * 为直挂式储能变流器的a相电流给定值，k为当前控制周期，i b * 为直挂式储能变流器的b相电流给定值，i c * 为直挂式储能变流器的c相电流给定值，i a (k+1)为第k+1个控制周期直挂式储能变流器的a相电流预测值，i b (k+1)为第k+1个控制周期直挂式储能变流器的b相电流预测值，i c (k+1)为第k+1个控制周期直挂式储能变流器的c相电流预测值。
进一步的，所述第k+1个控制周期直挂式储能变流器的a、b、c相电流预测值的计算式如下：
i a (k+1)=T s e a (k)/(RT s +L)-T s N a (k+1)V csm /(RT s +L)+T s i a (k)/(RT s +L)
i b (k+1)=T s e b (k)/(RT s +L)-T s N b (k+1)V csm /(RT s +L)+T s i b (k)/(RT s +L)
i c (k+1)=T s e c (k)/(RT s +L)-T s N c (k+1)V csm /(RT s +L)+T s i c (k)/(RT s +L)
上式中，i a (k)为当前控制周期k直挂式储能变流器的a相电流，i b (k)为当前控制周期k直挂式储能变流器的b相电流，i c (k)为当前控制周期k直挂式储能变流器的c相电流，e a (k)为当前控制周期k直挂式储能变流器的a相电压，e b (k)为当前控制周期k直挂式储能变流器的b相电压，e c (k)为当前控制周期k直挂式储能变流器的c相电压，T s 为单位控制周期，R为当前控制周期直挂式储能变流器的各相等效阻值，L为当前控制周期直挂式储能变流器的各相滤波电感，N a (k+1)为第k+1个控制周期直挂式储能变流器的a相子模块的投入数量预测值，N b (k+1)为第k+1个控制周期直挂式储能变流器的b相子模块的投入数量预测值，N c (k+1)为第k+1个控制周期直挂式储能变流器的c相子模块的投入数量预测值，V csm 为直挂式储能变流器的各子模块间电容电压的平均值。
进一步的，所述当前控制周期k直挂式储能变流器的a、b、c相电压的计算式如下：
e a (k)=V ax +Ri a (k)+Li wa
e b (k)=V bx +Ri b (k)+Li wb
e c (k)=V cx +Ri c (k)+Li wc
上式中，V ax 为直挂式储能变流器的a相各子模块的输出电压和，V bx 为直挂式储能变流器的b相各子模块的输出电压和，V cx 为直挂式储能变流器的c相各子模块的输出电压和，i wa 为直挂式储能变流器的a相电流微分，i wb 为直挂式储能变流器的b相电流微分，i wc 为直挂式储能变流器的c相电流微分。
优选的，所述基于所述下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量预测值调节下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量，包括：
步骤a.判断当前控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量与所述下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量预测值是否相等，若是，则转至步骤b，否则，转至步骤f；
步骤b.若当前控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的SOC值与系统SOC平均值之间的绝对差值小于系统SOC偏差阈值，则不调节下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量，否则，转至步骤c；
步骤c.判断当前控制周期直挂式储能变流器的交流侧电流方向是否为流入储能系统方向，若是，转至步骤d，否则，转至步骤e；
步骤d.若SOC值最低的子模块未投入，则不调节下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量，否则，投入SOC值最低的子模块，并切除SOC值最高的子模块；
步骤e.投入SOC值最高的子模块，并切除SOC值最低的子模块；
步骤f.若当前控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的SOC值与系统SOC平均值之间的绝对差值小于系统SOC偏差阈值，则转至步骤g，否则，转至步骤h；
步骤g.判断所述下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量预测值是否大于当前控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量，若是，则基于直挂式储能变流器交流侧电流方向投入子模块，否则，基于直挂式储能变流器交流侧电流方向切除子模块；
步骤h.切除直挂式储能变流器的各相全部子模块，基于直挂式储能变流器交流侧电流方向及子模块的SOC值投入子模块。
进一步的，所述基于直挂式储能变流器交流侧电流方向投入子模块，包括：
当直挂式储能变流器交流侧电流方向为流入时，投入SOC值最低的子模块；
当直挂式储能变流器交流侧电流方向为流出时，投入SOC值最高的子模块。
进一步的，所述基于直挂式储能变流器交流侧电流方向切除子模块，包括：
当直挂式储能变流器交流侧电流方向为流入时，切除SOC值最高的子模块；
当直挂式储能变流器交流侧电流方向为流出时，切除SOC值最低的子模块。
进一步的，所述基于直挂式储能变流器交流侧电流方向及子模块的SOC值投入子模块，包括：
当直挂式储能变流器交流侧电流方向为流入时，投入SOC值前X小的子模块；
当直挂式储能变流器交流侧电流方向为流出时，投入SOC值前X大的子模块；
其中，X为子模块的投入数量预测值。
第二方面，提供一种直挂式储能变流器的控制装置，所述直挂式储能变流器的控制装置包括：
确定模块，用于利用预先构建的直挂式储能变流器子模块数量优化方程确定下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量预测值；
调节模块，用于基于所述下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量预测值调节下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量。
优选的，所述确定模块具体用于：
将当前控制周期直挂式储能变流器的各相电流、电压、滤波电感和等效阻值代入预先构建的直挂式储能变流器子模块数量优化方程，求解所述预先构建的直挂式储能变流器子模块数量优化方程，得到下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量预测值。
优选的，所述预先构建的直挂式储能变流器子模块数量优化方程的计算式如下：
minG x =(i a * -i a (k+1))+ (i b * -i b (k+1))+ (i c * -i c (k+1))
上式中，G x 为直挂式储能变流器子模块数量优化方程目标值，i a * 为直挂式储能变流器的a相电流给定值，k为当前控制周期，i b * 为直挂式储能变流器的b相电流给定值，i c * 为直挂式储能变流器的c相电流给定值，i a (k+1)为第k+1个控制周期直挂式储能变流器的a相电流预测值，i b (k+1)为第k+1个控制周期直挂式储能变流器的b相电流预测值，i c (k+1)为第k+1个控制周期直挂式储能变流器的c相电流预测值。
进一步的，所述第k+1个控制周期直挂式储能变流器的a、b、c相电流预测值的计算式如下：
i a (k+1)=T s e a (k)/(RT s +L)-T s N a (k+1)V csm /(RT s +L)+T s i a (k)/(RT s +L)
i b (k+1)=T s e b (k)/(RT s +L)-T s N b (k+1)V csm /(RT s +L)+T s i b (k)/(RT s +L)
i c (k+1)=T s e c (k)/(RT s +L)-T s N c (k+1)V csm /(RT s +L)+T s i c (k)/(RT s +L)
上式中，i a (k)为当前控制周期k直挂式储能变流器的a相电流，i b (k)为当前控制周期k直挂式储能变流器的b相电流，i c (k)为当前控制周期k直挂式储能变流器的c相电流，e a (k)为当前控制周期k直挂式储能变流器的a相电压，e b (k)为当前控制周期k直挂式储能变流器的b相电压，e c (k)为当前控制周期k直挂式储能变流器的c相电压，T s 为单位控制周期，R为当前控制周期直挂式储能变流器的各相等效阻值，L为当前控制周期直挂式储能变流器的各相滤波电感，N a (k+1)为第k+1个控制周期直挂式储能变流器的a相子模块的投入数量预测值，N b (k+1)为第k+1个控制周期直挂式储能变流器的b相子模块的投入数量预测值，N c (k+1)为第k+1个控制周期直挂式储能变流器的c相子模块的投入数量预测值，V csm 为直挂式储能变流器的各子模块间电容电压的平均值。
进一步的，所述当前控制周期k直挂式储能变流器的a、b、c相电压的计算式如下：
e a (k)=V ax +Ri a (k)+Li wa
e b (k)=V bx +Ri b (k)+Li wb
e c (k)=V cx +Ri c (k)+Li wc
上式中，V ax 为直挂式储能变流器的a相各子模块的输出电压和，V bx 为直挂式储能变流器的b相各子模块的输出电压和，V cx 为直挂式储能变流器的c相各子模块的输出电压和，i wa 为直挂式储能变流器的a相电流微分，i wb 为直挂式储能变流器的b相电流微分，i wc 为直挂式储能变流器的c相电流微分。
优选的，所述调节模块具体用于：
步骤a.判断当前控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量与所述下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量预测值是否相等，若是，则转至步骤b，否则，转至步骤f；
步骤b.若当前控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的SOC值与系统SOC平均值之间的绝对差值小于系统SOC偏差阈值，则不调节下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量，否则，转至步骤c；
步骤c.判断当前控制周期直挂式储能变流器的交流侧电流方向是否为流入储能系统方向，若是，转至步骤d，否则，转至步骤e；
步骤d.若SOC值最低的子模块未投入，则不调节下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量，否则，投入SOC值最低的子模块，并切除SOC值最高的子模块；
步骤e.投入SOC值最高的子模块，并切除SOC值最低的子模块；
步骤f.若当前控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的SOC值与系统SOC平均值之间的绝对差值小于系统SOC偏差阈值，则转至步骤g，否则，转至步骤h；
步骤g.判断所述下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量预测值是否大于当前控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量，若是，则基于直挂式储能变流器交流侧电流方向投入子模块，否则，基于直挂式储能变流器交流侧电流方向切除子模块；
步骤h.切除直挂式储能变流器的各相全部子模块，基于直挂式储能变流器交流侧电流方向及子模块的SOC值投入子模块。
进一步的，所述基于直挂式储能变流器交流侧电流方向投入子模块，包括：
当直挂式储能变流器交流侧电流方向为流入时，投入SOC值最低的子模块；
当直挂式储能变流器交流侧电流方向为流出时，投入SOC值最高的子模块。
进一步的，所述基于直挂式储能变流器交流侧电流方向切除子模块，包括：
当直挂式储能变流器交流侧电流方向为流入时，切除SOC值最高的子模块；
当直挂式储能变流器交流侧电流方向为流出时，切除SOC值最低的子模块。
进一步的，所述基于直挂式储能变流器交流侧电流方向及子模块的SOC值投入子模块，包括：
当直挂式储能变流器交流侧电流方向为流入时，投入SOC值前X小的子模块；
当直挂式储能变流器交流侧电流方向为流出时，投入SOC值前X大的子模块；
其中，X为子模块的投入数量预测值。
第三方面，提供一种存储装置，该存储装置其中存储有多条程序代码，所述程序代码适于由处理器加载并运行以执行上述任一项技术方案所述的直挂式储能变流器的控制方法。
第四方面，提供一种控制装置，该控制装置包括处理器和存储装置，所述存储装置适于存储多条程序代码，所述程序代码适于由所述处理器加载并运行以执行上述任一项技术方案所述的直挂式储能变流器的控制方法。
本发明上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种有益效果：
本发明涉及电化学储能系统快速功率电流控制技术领域，具体提供了一种直挂式储能变流器的控制方法及装置，包括：利用预先构建的直挂式储能变流器子模块数量优化方程确定下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量预测值；基于所述下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量预测值调节下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量。本发明提供的技术方案通过预先构建的直挂式储能变流器子模块数量优化方程确定下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量预测值可实现三相的并行优化控制，同时无需设计调试环节，即可完成最优子模块投切数目的选取，响应时间可缩短至单位控制周期，同时避免了串联控制系统架构带来的多环控制失稳现象发生；
进一步的，基于下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量预测值进一步调节下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量，实现各电池组间的能量均衡，一则可以避免偏置分量的引入造成直挂式储能系统输出品质的恶化，二则通过能量均衡阈值的引入，有效的降低子模块投切频率，降低系统的开关损耗。
附图说明
图1是本发明实施例的直挂式储能变流器的控制方法的主要步骤流程示意图；
图2是本发明实施例的直挂式储能变流器的电气原理图；
图3是本发明实施例的直挂式储能变流器的控制装置的主要结构框。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
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。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它实施例，都属于本发明保护的范围。
参阅附图1，图1是本发明的一个实施例的直挂式储能变流器的控制方法的主要步骤流程示意图。如图1所示，本发明实施例中的直挂式储能变流器的控制方法主要包括以下步骤：
步骤S101：利用预先构建的直挂式储能变流器子模块数量优化方程确定下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量预测值；
步骤S102：基于所述下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量预测值调节下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量。
具体的，图2为本发明中的直挂式储能变流器的电气原理图，直挂式储能变流器分为abc三相，各相由N个子模块串联构成及一个电感构成，每个子模块并联一个电池组，作为系统基本的功率单元。其中各个子模块的电能转换环节为H桥拓扑结构，在交流侧串联，直流侧同时包含支撑电容，由于采用级联结构，系统的交流侧电压等级较高，可直连6kV及以上电网，多适用的电压等级为6-35kV，本实施例中，在如图2所示的应用场景中所述利用预先构建的直挂式储能变流器子模块数量优化方程确定下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量预测值，包括：
将当前控制周期直挂式储能变流器的各相电流、电压、滤波电感和等效阻值代入预先构建的直挂式储能变流器子模块数量优化方程，求解所述预先构建的直挂式储能变流器子模块数量优化方程，得到下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量预测值。
本实施例中，所述预先构建的直挂式储能变流器子模块数量优化方程的计算式如下：
minG x =(i a * -i a (k+1))+ (i b * -i b (k+1))+ (i c * -i c (k+1))
上式中，G x 为直挂式储能变流器子模块数量优化方程目标值，i a * 为直挂式储能变流器的a相电流给定值，k为当前控制周期，i b * 为直挂式储能变流器的b相电流给定值，i c * 为直挂式储能变流器的c相电流给定值，i a (k+1)为第k+1个控制周期直挂式储能变流器的a相电流预测值，i b (k+1)为第k+1个控制周期直挂式储能变流器的b相电流预测值，i c (k+1)为第k+1个控制周期直挂式储能变流器的c相电流预测值。
本实施例中，所述第k+1个控制周期直挂式储能变流器的a、b、c相电流预测值的计算式如下：
i a (k+1)=T s e a (k)/(RT s +L)-T s N a (k+1)V csm /(RT s +L)+T s i a (k)/(RT s +L)
i b (k+1)=T s e b (k)/(RT s +L)-T s N b (k+1)V csm /(RT s +L)+T s i b (k)/(RT s +L)
i c (k+1)=T s e c (k)/(RT s +L)-T s N c (k+1)V csm /(RT s +L)+T s i c (k)/(RT s +L)
上式中，i a (k)为当前控制周期k直挂式储能变流器的a相电流，i b (k)为当前控制周期k直挂式储能变流器的b相电流，i c (k)为当前控制周期k直挂式储能变流器的c相电流，e a (k)为当前控制周期k直挂式储能变流器的a相电压，e b (k)为当前控制周期k直挂式储能变流器的b相电压，e c (k)为当前控制周期k直挂式储能变流器的c相电压，T s 为单位控制周期，R为当前控制周期直挂式储能变流器的各相等效阻值，L为当前控制周期直挂式储能变流器的各相滤波电感，N a (k+1)为第k+1个控制周期直挂式储能变流器的a相子模块的投入数量预测值，N b (k+1)为第k+1个控制周期直挂式储能变流器的b相子模块的投入数量预测值，N c (k+1)为第k+1个控制周期直挂式储能变流器的c相子模块的投入数量预测值，V csm 为直挂式储能变流器的各子模块间电容电压的平均值。
在一个实施方式中，所述当前控制周期k直挂式储能变流器的a、b、c相电压的计算式如下：
e a (k)=V ax +Ri a (k)+Li wa
e b (k)=V bx +Ri b (k)+Li wb
e c (k)=V cx +Ri c (k)+Li wc
上式中，V ax 为直挂式储能变流器的a相各子模块的输出电压和，V bx 为直挂式储能变流器的b相各子模块的输出电压和，V cx 为直挂式储能变流器的c相各子模块的输出电压和，i wa 为直挂式储能变流器的a相电流微分，i wb 为直挂式储能变流器的b相电流微分，i wc 为直挂式储能变流器的c相电流微分。
需要说明的是，所述第k+1个控制周期直挂式储能变流器的a、b、c相电流预测值的计算式的获取过程为：首先，对所述当前控制周期k直挂式储能变流器的a、b、c相电压的计算式进行z域离散化处理，得到直挂式储能系统离散域数学模型，计算式如下：
Figure 166043DEST_PATH_IMAGE001
其中，V sm,a,x (k+1)为第k+1个控制周期直挂式储能变流器的a相第x个子模块交流侧端口电压，V sm,b,x (k+1)为第k+1个控制周期直挂式储能变流器的b相第x个子模块交流侧端口电压，V sm,c,x (k+1)为第k+1个控制周期直挂式储能变流器的c相第x个子模块交流侧端口电压，N为储能变流器的子模块总数；
由于网侧电压在单位控制周期内不会发生突变，即变化量较小，故上式可简化为：
Figure 876991DEST_PATH_IMAGE002
最后，为降低直挂式储能系统的运算负荷，可认为各子模块间的直流电压偏差较小，均等于其电容电压的平均值V csm ，若定义各相子模块投入的数量为N a 、N b 、N c ，则对上式进行整理，则可获得所述第k+1个控制周期直挂式储能变流器的a、b、c相电流预测值的计算式。
进一步的，得到所述下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量预测值之后，对应的有一定数值的子模块冗余投切状态，且由于各子模块与其对应的电池组是并联关系且一一对应，将这部分冗余子模块投切状态作为对储能模块SOC均衡的自由控制变量，在本发明提供的具体实施方式中，所述基于所述下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量预测值调节下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量，包括：
步骤a.判断当前控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量与所述下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量预测值是否相等，若是，则转至步骤b，否则，转至步骤f；
步骤b.若当前控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的SOC值与系统SOC平均值之间的绝对差值小于系统SOC偏差阈值，则不调节下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量，否则，转至步骤c；
步骤c.判断当前控制周期直挂式储能变流器的交流侧电流方向是否为流入储能系统方向，若是，转至步骤d，否则，转至步骤e；
步骤d.若SOC值最低的子模块未投入，则不调节下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量，否则，投入SOC值最低的子模块，并切除SOC值最高的子模块；
步骤e.投入SOC值最高的子模块，并切除SOC值最低的子模块；
步骤f.若当前控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的SOC值与系统SOC平均值之间的绝对差值小于系统SOC偏差阈值，则转至步骤g，否则，转至步骤h；
步骤g.判断所述下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量预测值是否大于当前控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量，若是，则基于直挂式储能变流器交流侧电流方向投入子模块，否则，基于直挂式储能变流器交流侧电流方向切除子模块；
步骤h.切除直挂式储能变流器的各相全部子模块，基于直挂式储能变流器交流侧电流方向及子模块的SOC值投入子模块。
在一个实施方式中，所述基于直挂式储能变流器交流侧电流方向投入子模块，包括：
当直挂式储能变流器交流侧电流方向为流入时，投入SOC值最低的子模块；
当直挂式储能变流器交流侧电流方向为流出时，投入SOC值最高的子模块。
在一个实施方式中，所述基于直挂式储能变流器交流侧电流方向切除子模块，包括：
当直挂式储能变流器交流侧电流方向为流入时，切除SOC值最高的子模块；
当直挂式储能变流器交流侧电流方向为流出时，切除SOC值最低的子模块。
在一个实施方式中，所述基于直挂式储能变流器交流侧电流方向及子模块的SOC值投入子模块，包括：
当直挂式储能变流器交流侧电流方向为流入时，投入SOC值前X小的子模块；
当直挂式储能变流器交流侧电流方向为流出时，投入SOC值前X大的子模块；
其中，X为子模块的投入数量预测值。
最终，将上述最终确定的各相子模块投切状态下发至各个功率模块上，并将子模块的投切状态解码成每个IGBT的驱动信号，并存储驱动信号，完成整个控制周期过程。
基于同一发明构思，本发明提供一种直挂式储能变流器的控制装置，如图3所示，所述直挂式储能变流器的控制装置包括：
确定模块，用于利用预先构建的直挂式储能变流器子模块数量优化方程确定下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量预测值；
调节模块，用于基于所述下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量预测值调节下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量。
优选的，所述确定模块具体用于：
将当前控制周期直挂式储能变流器的各相电流、电压、滤波电感和等效阻值代入预先构建的直挂式储能变流器子模块数量优化方程，求解所述预先构建的直挂式储能变流器子模块数量优化方程，得到下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量预测值。
优选的，所述预先构建的直挂式储能变流器子模块数量优化方程的计算式如下：
minG x =(i a * -i a (k+1))+ (i b * -i b (k+1))+ (i c * -i c (k+1))
上式中，G x 为直挂式储能变流器子模块数量优化方程目标值，i a * 为直挂式储能变流器的a相电流给定值，k为当前控制周期，i b * 为直挂式储能变流器的b相电流给定值，i c * 为直挂式储能变流器的c相电流给定值，i a (k+1)为第k+1个控制周期直挂式储能变流器的a相电流预测值，i b (k+1)为第k+1个控制周期直挂式储能变流器的b相电流预测值，i c (k+1)为第k+1个控制周期直挂式储能变流器的c相电流预测值。
进一步的，所述第k+1个控制周期直挂式储能变流器的a、b、c相电流预测值的计算式如下：
i a (k+1)=T s e a (k)/(RT s +L)-T s N a (k+1)V csm /(RT s +L)+T s i a (k)/(RT s +L)
i b (k+1)=T s e b (k)/(RT s +L)-T s N b (k+1)V csm /(RT s +L)+T s i b (k)/(RT s +L)
i c (k+1)=T s e c (k)/(RT s +L)-T s N c (k+1)V csm /(RT s +L)+T s i c (k)/(RT s +L)
上式中，i a (k)为当前控制周期k直挂式储能变流器的a相电流，i b (k)为当前控制周期k直挂式储能变流器的b相电流，i c (k)为当前控制周期k直挂式储能变流器的c相电流，e a (k)为当前控制周期k直挂式储能变流器的a相电压，e b (k)为当前控制周期k直挂式储能变流器的b相电压，e c (k)为当前控制周期k直挂式储能变流器的c相电压，T s 为单位控制周期，R为当前控制周期直挂式储能变流器的各相等效阻值，L为当前控制周期直挂式储能变流器的各相滤波电感，N a (k+1)为第k+1个控制周期直挂式储能变流器的a相子模块的投入数量预测值，N b (k+1)为第k+1个控制周期直挂式储能变流器的b相子模块的投入数量预测值，N c (k+1)为第k+1个控制周期直挂式储能变流器的c相子模块的投入数量预测值，V csm 为直挂式储能变流器的各子模块间电容电压的平均值。
进一步的，所述当前控制周期k直挂式储能变流器的a、b、c相电压的计算式如下：
e a (k)=V ax +Ri a (k)+Li wa
e b (k)=V bx +Ri b (k)+Li wb
e c (k)=V cx +Ri c (k)+Li wc
上式中，V ax 为直挂式储能变流器的a相各子模块的输出电压和，V bx 为直挂式储能变流器的b相各子模块的输出电压和，V cx 为直挂式储能变流器的c相各子模块的输出电压和，i wa 为直挂式储能变流器的a相电流微分，i wb 为直挂式储能变流器的b相电流微分，i wc 为直挂式储能变流器的c相电流微分。
优选的，所述调节模块具体用于：
步骤a.判断当前控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量与所述下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量预测值是否相等，若是，则转至步骤b，否则，转至步骤f；
步骤b.若当前控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的SOC值与系统SOC平均值之间的绝对差值小于系统SOC偏差阈值，则不调节下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量，否则，转至步骤c；
步骤c.判断当前控制周期直挂式储能变流器的交流侧电流方向是否为流入储能系统方向，若是，转至步骤d，否则，转至步骤e；
步骤d.若SOC值最低的子模块未投入，则不调节下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量，否则，投入SOC值最低的子模块，并切除SOC值最高的子模块；
步骤e.投入SOC值最高的子模块，并切除SOC值最低的子模块；
步骤f.若当前控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的SOC值与系统SOC平均值之间的绝对差值小于系统SOC偏差阈值，则转至步骤g，否则，转至步骤h；
步骤g.判断所述下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量预测值是否大于当前控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量，若是，则基于直挂式储能变流器交流侧电流方向投入子模块，否则，基于直挂式储能变流器交流侧电流方向切除子模块；
步骤h.切除直挂式储能变流器的各相全部子模块，基于直挂式储能变流器交流侧电流方向及子模块的SOC值投入子模块。
进一步的，所述基于直挂式储能变流器交流侧电流方向投入子模块，包括：
当直挂式储能变流器交流侧电流方向为流入时，投入SOC值最低的子模块；
当直挂式储能变流器交流侧电流方向为流出时，投入SOC值最高的子模块。
进一步的，所述基于直挂式储能变流器交流侧电流方向切除子模块，包括：
当直挂式储能变流器交流侧电流方向为流入时，切除SOC值最高的子模块；
当直挂式储能变流器交流侧电流方向为流出时，切除SOC值最低的子模块。
进一步的，所述基于直挂式储能变流器交流侧电流方向及子模块的SOC值投入子模块，包括：
当直挂式储能变流器交流侧电流方向为流入时，投入SOC值前X小的子模块；
当直挂式储能变流器交流侧电流方向为流出时，投入SOC值前X大的子模块；
其中，X为子模块的投入数量预测值。
进一步的，本发明提供一种存储装置，该存储装置其中存储有多条程序代码，所述程序代码适于由处理器加载并运行以执行上述任一项技术方案所述的直挂式储能变流器的控制方法。
进一步的，本发明提供一种控制装置，该控制装置包括处理器和存储装置，所述存储装置适于存储多条程序代码，所述程序代码适于由所述处理器加载并运行以执行上述任一项技术方案所述的直挂式储能变流器的控制方法。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (16)

1.一种直挂式储能变流器的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
利用预先构建的直挂式储能变流器子模块数量优化方程确定下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量预测值；
基于所述下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量预测值调节下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量；
所述预先构建的直挂式储能变流器子模块数量优化方程的计算式如下：
minG x =(i a * -i a (k+1))+ (i b * -i b (k+1))+ (i c * -i c (k+1))
上式中，G x 为直挂式储能变流器子模块数量优化方程目标值，i a * 为直挂式储能变流器的a相电流给定值，k为当前控制周期，i b * 为直挂式储能变流器的b相电流给定值，i c * 为直挂式储能变流器的c相电流给定值，i a (k+1)为第k+1个控制周期直挂式储能变流器的a相电流预测值，i b (k+1)为第k+1个控制周期直挂式储能变流器的b相电流预测值，i c (k+1)为第k+1个控制周期直挂式储能变流器的c相电流预测值；
所述基于所述下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量预测值调节下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量，包括：
步骤a.判断当前控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量与所述下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量预测值是否相等，若是，则转至步骤b，否则，转至步骤f；
步骤b.若当前控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的SOC值与系统SOC平均值之间的绝对差值小于系统SOC偏差阈值，则不调节下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量，否则，转至步骤c；
步骤c.判断当前控制周期直挂式储能变流器的交流侧电流方向是否为流入储能系统方向，若是，转至步骤d，否则，转至步骤e；
步骤d.若SOC值最低的子模块未投入，则不调节下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量，否则，投入SOC值最低的子模块，并切除SOC值最高的子模块；
步骤e.投入SOC值最高的子模块，并切除SOC值最低的子模块；
步骤f.若当前控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的SOC值与系统SOC平均值之间的绝对差值小于系统SOC偏差阈值，则转至步骤g，否则，转至步骤h；
步骤g.判断所述下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量预测值是否大于当前控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量，若是，则基于直挂式储能变流器交流侧电流方向投入子模块，否则，基于直挂式储能变流器交流侧电流方向切除子模块；
步骤h.切除直挂式储能变流器的各相全部子模块，基于直挂式储能变流器交流侧电流方向及子模块的SOC值投入子模块。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用预先构建的直挂式储能变流器子模块数量优化方程确定下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量预测值，包括：
将当前控制周期直挂式储能变流器的各相电流、电压、滤波电感和等效阻值代入预先构建的直挂式储能变流器子模块数量优化方程，求解所述预先构建的直挂式储能变流器子模块数量优化方程，得到下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量预测值。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第k+1个控制周期直挂式储能变流器的a、b、c相电流预测值的计算式如下：
i a (k+1)=T s e a (k)/(RT s +L)-T s N a (k+1)V csm /(RT s +L)+T s i a (k)/(RT s +L)
i b (k+1)=T s e b (k)/(RT s +L)-T s N b (k+1)V csm /(RT s +L)+T s i b (k)/(RT s +L)
i c (k+1)=T s e c (k)/(RT s +L)-T s N c (k+1)V csm /(RT s +L)+T s i c (k)/(RT s +L)
上式中，i a (k)为当前控制周期k直挂式储能变流器的a相电流，i b (k)为当前控制周期k直挂式储能变流器的b相电流，i c (k)为当前控制周期k直挂式储能变流器的c相电流，e a (k)为当前控制周期k直挂式储能变流器的a相电压，e b (k)为当前控制周期k直挂式储能变流器的b相电压，e c (k)为当前控制周期k直挂式储能变流器的c相电压，T s 为单位控制周期，R为当前控制周期直挂式储能变流器的各相等效阻值，L为当前控制周期直挂式储能变流器的各相滤波电感，N a (k+1)为第k+1个控制周期直挂式储能变流器的a相子模块的投入数量预测值，N b (k+1)为第k+1个控制周期直挂式储能变流器的b相子模块的投入数量预测值，N c (k+1)为第k+1个控制周期直挂式储能变流器的c相子模块的投入数量预测值，V csm 为直挂式储能变流器的各子模块间电容电压的平均值。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述当前控制周期k直挂式储能变流器的a、b、c相电压的计算式如下：
e a (k)=V ax +Ri a (k)+Li wa
e b (k)=V bx +Ri b (k)+Li wb
e c (k)=V cx +Ri c (k)+Li wc
上式中，V ax 为直挂式储能变流器的a相各子模块的输出电压和，V bx 为直挂式储能变流器的b相各子模块的输出电压和，V cx 为直挂式储能变流器的c相各子模块的输出电压和，i wa 为直挂式储能变流器的a相电流微分，i wb 为直挂式储能变流器的b相电流微分，i wc 为直挂式储能变流器的c相电流微分。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于直挂式储能变流器交流侧电流方向投入子模块，包括：
当直挂式储能变流器交流侧电流方向为流入时，投入SOC值最低的子模块；
当直挂式储能变流器交流侧电流方向为流出时，投入SOC值最高的子模块。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于直挂式储能变流器交流侧电流方向切除子模块，包括：
当直挂式储能变流器交流侧电流方向为流入时，切除SOC值最高的子模块；
当直挂式储能变流器交流侧电流方向为流出时，切除SOC值最低的子模块。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于直挂式储能变流器交流侧电流方向及子模块的SOC值投入子模块，包括：
当直挂式储能变流器交流侧电流方向为流入时，投入SOC值前X小的子模块；
当直挂式储能变流器交流侧电流方向为流出时，投入SOC值前X大的子模块；
其中，X为子模块的投入数量预测值。
8.一种直挂式储能变流器的控制装置，其特征在于，所述装置包括：
确定模块，用于利用预先构建的直挂式储能变流器子模块数量优化方程确定下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量预测值；
调节模块，用于基于所述下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量预测值调节下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量；
所述预先构建的直挂式储能变流器子模块数量优化方程的计算式如下：
minG x =(i a * -i a (k+1))+ (i b * -i b (k+1))+ (i c * -i c (k+1))
上式中，G x 为直挂式储能变流器子模块数量优化方程目标值，i a * 为直挂式储能变流器的a相电流给定值，k为当前控制周期，i b * 为直挂式储能变流器的b相电流给定值，i c * 为直挂式储能变流器的c相电流给定值，i a (k+1)为第k+1个控制周期直挂式储能变流器的a相电流预测值，i b (k+1)为第k+1个控制周期直挂式储能变流器的b相电流预测值，i c (k+1)为第k+1个控制周期直挂式储能变流器的c相电流预测值；
所述调节模块具体用于：
步骤a.判断当前控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量与所述下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量预测值是否相等，若是，则转至步骤b，否则，转至步骤f；
步骤b.若当前控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的SOC值与系统SOC平均值之间的绝对差值小于系统SOC偏差阈值，则不调节下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量，否则，转至步骤c；
步骤c.判断当前控制周期直挂式储能变流器的交流侧电流方向是否为流入储能系统方向，若是，转至步骤d，否则，转至步骤e；
步骤d.若SOC值最低的子模块未投入，则不调节下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量，否则，投入SOC值最低的子模块，并切除SOC值最高的子模块；
步骤e.投入SOC值最高的子模块，并切除SOC值最低的子模块；
步骤f.若当前控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的SOC值与系统SOC平均值之间的绝对差值小于系统SOC偏差阈值，则转至步骤g，否则，转至步骤h；
步骤g.判断所述下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量预测值是否大于当前控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量，若是，则基于直挂式储能变流器交流侧电流方向投入子模块，否则，基于直挂式储能变流器交流侧电流方向切除子模块；
步骤h.切除直挂式储能变流器的各相全部子模块，基于直挂式储能变流器交流侧电流方向及子模块的SOC值投入子模块。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述确定模块具体用于：
将当前控制周期直挂式储能变流器的各相电流、电压、滤波电感和等效阻值代入预先构建的直挂式储能变流器子模块数量优化方程，求解所述预先构建的直挂式储能变流器子模块数量优化方程，得到下一控制周期直挂式储能变流器的各相子模块的投入数量预测值。
10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第k+1个控制周期直挂式储能变流器的a、b、c相电流预测值的计算式如下：
i a (k+1)=T s e a (k)/(RT s +L)-T s N a (k+1)V csm /(RT s +L)+T s i a (k)/(RT s +L)
i b (k+1)=T s e b (k)/(RT s +L)-T s N b (k+1)V csm /(RT s +L)+T s i b (k)/(RT s +L)
i c (k+1)=T s e c (k)/(RT s +L)-T s N c (k+1)V csm /(RT s +L)+T s i c (k)/(RT s +L)
上式中，i a (k)为当前控制周期k直挂式储能变流器的a相电流，i b (k)为当前控制周期k直挂式储能变流器的b相电流，i c (k)为当前控制周期k直挂式储能变流器的c相电流，e a (k)为当前控制周期k直挂式储能变流器的a相电压，e b (k)为当前控制周期k直挂式储能变流器的b相电压，e c (k)为当前控制周期k直挂式储能变流器的c相电压，T s 为单位控制周期，R为当前控制周期直挂式储能变流器的各相等效阻值，L为当前控制周期直挂式储能变流器的各相滤波电感，N a (k+1)为第k+1个控制周期直挂式储能变流器的a相子模块的投入数量预测值，N b (k+1)为第k+1个控制周期直挂式储能变流器的b相子模块的投入数量预测值，N c (k+1)为第k+1个控制周期直挂式储能变流器的c相子模块的投入数量预测值，V csm 为直挂式储能变流器的各子模块间电容电压的平均值。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述当前控制周期k直挂式储能变流器的a、b、c相电压的计算式如下：
e a (k)=V ax +Ri a (k)+Li wa
e b (k)=V bx +Ri b (k)+Li wb
e c (k)=V cx +Ri c (k)+Li wc
上式中，V ax 为直挂式储能变流器的a相各子模块的输出电压和，V bx 为直挂式储能变流器的b相各子模块的输出电压和，V cx 为直挂式储能变流器的c相各子模块的输出电压和，i wa 为直挂式储能变流器的a相电流微分，i wb 为直挂式储能变流器的b相电流微分，i wc 为直挂式储能变流器的c相电流微分。
12.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述基于直挂式储能变流器交流侧电流方向投入子模块，包括：
当直挂式储能变流器交流侧电流方向为流入时，投入SOC值最低的子模块；
当直挂式储能变流器交流侧电流方向为流出时，投入SOC值最高的子模块。
13.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述基于直挂式储能变流器交流侧电流方向切除子模块，包括：
当直挂式储能变流器交流侧电流方向为流入时，切除SOC值最高的子模块；
当直挂式储能变流器交流侧电流方向为流出时，切除SOC值最低的子模块。
14.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述基于直挂式储能变流器交流侧电流方向及子模块的SOC值投入子模块，包括：
当直挂式储能变流器交流侧电流方向为流入时，投入SOC值前X小的子模块；
当直挂式储能变流器交流侧电流方向为流出时，投入SOC值前X大的子模块；
其中，X为子模块的投入数量预测值。
15.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行权利要求1至7中任意一项所述的直挂式储能变流器的控制方法。
16.一种处理器，其特征在于，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行权利要求1至7中任意一项所述的直挂式储能变流器的控制方法。
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