CN114336700B - 一种中压直挂式储能系统容量利用率控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种中压直挂式储能系统容量利用率控制方法，包括以下步骤：步骤(1)：判定系统充放电状态；步骤(2)：确定相内各簇上下限短板电池电压；步骤(3)：计算各簇上下限短板电池电压平均值；步骤(4)：确定三相上下限短板电池平均电压；步骤(5)：计算各相上下限短板电池电压平均值；步骤(6)：计算相内各簇调制波修正量；步骤(7)：计算出相间调制波修正量；步骤(8)：计算出系统所有簇的调制波修正量。本发明提供一种中压直挂式储能系统容量利用率控制方法，提高了储能系统有效利用率、适应性和可靠性。
Description
技术领域
本发明属于储能技术领域，特别涉及一种中压直挂式储能系统容量利用率控制方法。
背景技术
随着以新能源为主体的新型电力系统的提出，以光伏和风电为主的新能源比较得到快速发展；但是新能源的波动性和间歇性等特征，随着新能源的占比逐渐增高，其弱稳定性特征对电力系统的安全稳定将带来极大的挑战；目前，电化学储能被认为是破解这一技术难题有效方法，将成为新型电力系统的核心支撑技术。近年来，电化学储能在电力系统发电侧、电网侧、配网侧及用户侧都得到大量应用；随着电化学储能的快速发展，国内外电化学储能出现多起安全事故，给储能进一步大规模推广带来不利影响，围绕电化学储能安全相关技术已经成为业界的研究热点。随着储能单站功率/容量越来越大，储能系统所管理的单体数量巨大，可达数万甚至数十万个单体电芯，由于电池存在固有的短板，极大影响了储能系统有效利用率，导致系统投资加大，降低了系统经济性；本专利提出一种中压直挂式储能系统全局优化方法，提升系统的有效利用率，增加系统的经济性。
发明内容
本发明提供一种中压直挂式储能系统容量利用率控制方法，提高了储能系统有效利用率、适应性和可靠性。
本发明具体为一种中压直挂式储能系统容量利用率控制方法，所述中压直挂式储能系统容量利用率控制方法包括以下步骤：
步骤(1)：判定系统的充放电状态；
步骤(2)：根据充放电状态确定相内各簇上下限短板电池电压；
步骤(3)：计算出各簇上下限短板电池电压的平均值；
步骤(4)：根据充放电状态确定三相上下限短板电池平均电压；
步骤(5)：计算出各相上下限短板电池电压的平均值；
步骤(6)：根据每相相内各簇上限值与平均值之间计算出相内各簇调制波修正量；
步骤(7)：根据每相上限值与平均值之间计算出相间调制波修正量；
步骤(8)：根据相内与相间调制波修正量叠加，计算出系统所有簇的调制波修正量。
与现有技术相比，有益效果是：所述中压直挂式储能系统容量利用率控制方法适用于中压直挂式储能不依靠精确的SOC模型的均衡控制方法，提高模型的适应性和可靠性；提出了中压直挂式储能新型相间、相内均衡控制方法。
附图说明
图1为中压直挂式储能系统拓扑结构图；
图2为中压直挂式储能系统子模块单元电气图；
图3为一种中压直挂式储能系统容量利用率控制方法工作流程图；
图4为中压直挂式储能系统相间SOC均衡控制框图；
图5为中压直挂式储能系统相内SOC均衡控制框图；
图6为系统控制框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明一种中压直挂式储能系统容量利用率控制方法的具体实施方式做详细阐述。
中压直挂式储能拓扑结构如图1所示，包括并网开关K1、交流预充电阻R1、交流预充旁路开关K2、输入三相电抗器L，级联子模块单元；
子模块单元电气图如图2所示，子模块单元包括功率模块、电池簇；中压直挂式储能拓扑分为A、B、C三相，每相分为N个电池簇，每个电池包括若干个电池串联而成。
如图3所示，本发明提出一种中压直挂式储能系统容量利用率控制方法，所述中压直挂式储能系统容量利用率控制方法包括以下步骤：
步骤(1)：判定系统的充放电状态；
步骤(2)：根据充放电状态确定相内各簇上下限短板电池电压；
步骤(3)：计算出各簇上下限短板电池电压的平均值；
步骤(4)：根据充放电状态确定三相上下限短板电池平均电压；
步骤(5)：计算出各相上下限短板电池电压的平均值；
步骤(6)：根据每相相内各簇上限值与平均值之间计算出相内各簇调制波修正量；
步骤(7)：根据每相上限值与平均值之间计算出相间调制波修正量；
步骤(8)：根据相内与相间调制波修正量叠加，计算出系统所有簇的调制波修正量。
设定每个电池簇的单体最低电压Ua-n-x-min，表示A相第n簇的x号单体电压为最低电压；每个电池簇的单体最高电压Ua-n-x-max，表示A第n簇的x号单体电压为最高电压；B、C相的n簇最低单体分别表示为：Ub-n-x-min、Uc-n-x-min，B、C相的n簇最高单体分别表示为：Ub-n-x-max、Uc-n-x-max；
A相各簇最低电压平均值Ua-avg-min＝(Ua-1-x-min+Ua-2-x-min+···+Ua-n-x-min)/n；
B相各簇最低电压平均值Ub-avg-min＝(Ub-1-x-min+Ub-2-x-min+···+Ub-n-x-min)/n；
C相各簇最低电压平均值Uc-avg-min＝(Uc-1-x-min+Uc-2-x-min+···+Uc-n-x-min)/n；
所述中压直挂式储能系统各簇单体下限平均值 U-avg-min＝(Ua-avg-min+Ub-avg-min+Uc-avg-min)/3；
A相各簇最高电压平均值Ua-avg-max＝(Ua-1-x-max+Ua-2-x-max+···+Ua-n-x-max)/n；
B相各簇最高电压平均值Ub-avg-max＝(Ub-1-x-max+Ub-2-x-max+···+Ub-n-x-max)/n；
C相各簇最高电压平均值Uc-avg-max＝(Uc-1-x-max+Uc-2-x-max+···+Uc-n-x-max)/n；
所述中压直挂式储能系统各簇单体上限平均值 U-avg-max＝(Ua-avg-max+Ub-avg-max+Uc-avg-max)/3；
当所述中压直挂式储能系统处于放电过程中，所述中压直挂式储能系统控制目标是保证所有簇实现最低单体电压处于一致状态；当所述中压直挂式储能系统处于充电过程中，所述中压直挂式储能系统控制目标是保证所有簇实现最高单体电压处于一致状态；
放电状态时，相间最低单体电压平均值优化控制是为了保证三相的最低电压平均值保持一致，如图4所示，可以通过注入零序电压改变系统三相的相间功率分配实现相间最低均衡控制：
放电过程：
ΔSOCa＝U-avg-min-Ua-avg-min；
ΔSOCb＝U-avg-min-Ub-avg-min；
ΔSOCc＝U-avg-min-Uc-avg-min；
充电过程：
ΔSOCa＝U-avg-max-Ua-avg-max；
ΔSOCb＝U-avg-max-Ub-avg-max；
ΔSOCc＝U-avg-max-Uc-avg-max；
充电状态时，相间最高单体电压平均值优化控制是为了保证三相的最高电压平均值保持一致，如图4所示，可以通过注入零序电压改变系统三相的相间功率分配实现相间最高均衡控制；由于系统为Y型三相三线制，没有零序电流通路，因此附加的零序电压将不影响所述中压直挂式储能系统总的输出功率。
计算得到三相的SOC差值经过3s/2s变换得到ΔSOCα、ΔSOCβ，注入的零序电压可以表示为：其中K0为比例系数，其他参数计算如下所示：
相内链节电池SOC均衡控制：
相内SOC均衡控制是为了保证每相各模块间的SOC值保持一致，各链节的功率单元输出功率应与对应的电池单元SOC成正相关，由于一相功率单元流过的电流相同，因此相内SOC 相内均衡控制的实现可以通过各单元叠加相应的基波电压分量来实现：
放电过程：
ΔSOCan＝Ua-avg-min-Ua-n-x-min；
ΔSOCbn＝Ub-avg-min-Ub-n-x-min；
ΔSOCcn＝Uc-avg-min-Uc-n-x-min；
充电过程：
ΔSOCan＝Ua-avg-max-Ua-n-x-max；
ΔSOCbn＝Ub-avg-max-Ub-n-x-max；
ΔSOCcn＝Uc-avg-max-Uc-n-x-max；
相内均衡调制计算方法如图5所示。
相间相内SOC均衡控制策略，总的指令电压由中得到的ua*、ub*、uc*，加上电池SOC均衡控制后的电压调节量，如图6所示。
最后应该说明的是，结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到，本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。
Claims (4)
1.一种中压直挂式储能系统容量利用率控制方法，其特征在于，所述中压直挂式储能系统容量利用率控制方法包括以下步骤：
步骤(1)：判定系统的充放电状态；
步骤(2)：根据充放电状态确定相内各簇上下限短板电池电压；
步骤(3)：计算出各簇上下限短板电池电压的平均值；
步骤(4)：根据充放电状态确定三相上下限短板电池平均电压；
步骤(5)：计算出各相上下限短板电池电压的平均值；
步骤(6)：根据每相相内各簇上限值与平均值之间计算出相内各簇调制波修正量；
步骤(7)：根据每相上限值与平均值之间计算出相间调制波修正量；
步骤(8)：根据相内与相间调制波修正量叠加，计算出系统所有簇的调制波修正量；
设定每个电池簇的单体最低电压Ua-n-x-min，表示A相第n簇的x号单体电压为最低电压；每个电池簇的单体最高电压Ua-n-x-max，表示A第n簇的x号单体电压为最高电压；B、C相的n簇最低单体分别表示为：Ub-n-x-min、Uc-n-x-min，B、C相的n簇最高单体分别表示为：Ub-n-x-max、Uc-n-x-max；
A相各簇最低电压平均值Ua-avg-min＝(Ua-1-x-min+Ua-2-x-min+···+Ua-n-x-min)/n；
B相各簇最低电压平均值Ub-avg-min＝(Ub-1-x-min+Ub-2-x-min+···+Ub-n-x-min)/n；
C相各簇最低电压平均值Uc-avg-min＝(Uc-1-x-min+Uc-2-x-min+···+Uc-n-x-min)/n；
所述中压直挂式储能系统各簇单体下限平均值U-avg-min＝(Ua-avg-min+Ub-avg-min+Uc-avg-min)/3；
A相各簇最高电压平均值Ua-avg-max＝(Ua-1-x-max+Ua-2-x-max+···+Ua-n-x-max)/n；
B相各簇最高电压平均值Ub-avg-max＝(Ub-1-x-max+Ub-2-x-max+···+Ub-n-x-max)/n；
C相各簇最高电压平均值Uc-avg-max＝(Uc-1-x-max+Uc-2-x-max+···+Uc-n-x-max)/n；
所述中压直挂式储能系统各簇单体上限平均值U-avg-max＝(Ua-avg-max+Ub-avg-max+Uc-avg-max)/3；
放电状态时，通过注入零序电压改变系统三相的相间功率分配实现相间最低均衡控制：
放电过程：
ΔSOCa＝U-avg-min-Ua-avg-min；
ΔSOCb＝U-avg-min-Ub-avg-min；
ΔSOCc＝U-avg-min-Uc-avg-min；
充电过程：
ΔSOCa＝U-avg-max-Ua-avg-max；
ΔSOCb＝U-avg-max-Ub-avg-max；
ΔSOCc＝U-avg-max-Uc-avg-max；
充电状态时，通过注入零序电压改变系统三相的相间功率分配实现相间最高均衡控制。
2.根据权利要求1所述的一种中压直挂式储能系统容量利用率控制方法，其特征在于，计算得到三相的SOC差值经过3s/2s变换得到ΔSOCα、ΔSOCβ，注入的零序电压可以表示为：其中K0为比例系数，其他参数计算如下所示：
3.根据权利要求2所述的一种中压直挂式储能系统容量利用率控制方法，其特征在于，相内链节电池SOC均衡控制，通过各单元叠加相应的基波电压分量来实现：
放电过程：
ΔSOCan＝Ua-avg-min-Ua-n-x-min；
ΔSOCbn＝Ub-avg-min-Ub-n-x-min；
ΔSOCcn＝Uc-avg-min-Uc-n-x-min；
充电过程：
ΔSOCan＝Ua-avg-max-Ua-n-x-max；
ΔSOCbn＝Ub-avg-max-Ub-n-x-max；
ΔSOCcn＝Uc-avg-max-Uc-n-x-max。
4.根据权利要求3所述的一种中压直挂式储能系统容量利用率控制方法，其特征在于，相间相内SOC均衡控制策略，总的指令电压由中得到的ua*、ub*、uc*，加上电池SOC均衡控制后的电压调节量。
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