CN114966306A - 一种高压链式储能系统的孤岛检测方法与系统 - Google Patents

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梅红明
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黄辉
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Abstract

一种基于高压链式储能系统的孤岛检测方法与系统，包括如下步骤：通过对高压链式储能系统三相交流电压的锁相环进行锁相，获得电压相位角Angle；根据电压相位角Angle与储能控制系统控制周期T，获得第一Angle与第二Angle，其中，第一Angle与第二Angle为两个相邻控制周期的值；根据第一Angle与第二Angle，计算电网电压频率Freq_Cal；若Freq_Cal和参考频率Freq_Ref之间的差的绝对值超过孤岛检查频率差阈值DeltFreq，判定储能系统发生孤岛现象。本发明可以实现快速检测交流电网故障，防止储能系统运行在孤岛状态，保证电网系统的保护装置可以正确动作，使电网运行在电力公司的控制范围内。

Description

一种高压链式储能系统的孤岛检测方法与系统
技术领域
本发明属于电力电子控制技术领域，更具体的，涉及一种高压链式储能系统的孤岛检测方法与系统。
背景技术
孤岛现象就是指由于电网系统故障或停电检修等原因，并网发电或储能系统未能及时检测出停电状态而不能迅速将自身切离电网系统，而形成的一个由并网发电或储能系统向周围负载离网供电的一种电力公司无法掌控的自给供电孤岛现象。
孤岛运行不仅给整个电网设备造成损坏，甚至可能会威胁到维修人员的人身安全。所以，在并网发电或储能系统中装设具有防孤岛保护功能的装置显得尤为重要，目的是对检测弧岛效应并及时将并网发电或储能系统与电网进行切断。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，为应用于高压链式储能系统的控制装置，实现高压链式储能系统检测孤岛运行的方法，保证电网的安全性。进而提出一种高压链式储能系统的孤岛检测方法。
本发明采用如下的技术方案。
一种基于高压链式储能系统的孤岛检测方法，包括如下步骤：
步骤1，通过对高压链式储能系统三相交流电压的锁相环进行锁相，获得电压相位角Angle；
步骤2，根据电压相位角Angle与储能控制系统控制周期T，获得第一Angle与第二Angle，其中，第一Angle与第二Angle为两个相邻控制周期的值；
步骤3，根据第一Angle与第二Angle，计算电网电压频率Freq_Cal；
步骤4，若Freq_Cal和参考频率Freq_Ref之间的差的绝对值超过孤岛检查频率差阈值DeltFreq，判定储能系统发生孤岛现象。
进一步的，步骤1具体包括：
步骤11，通过三相交流电压的锁相环进行锁相，进行abc/dq坐标变换；
步骤12，提取正序电压；
步骤13，将正序电压作为PI调节环节的输入，输出为电压相位角。
进一步的，步骤11中：
abc/dq坐标变换为：
Figure BDA0003604042980000021
式中usa、usab、usc为ABC三相交流电压的瞬时值，ud、uq为dq坐标系下交流电压幅值，α为A相电压角度。
进一步的，步骤12中：
正序电压为：
Figure BDA0003604042980000022
其中，uqrel为uq经过四分之一周期延时得到。
进一步的，该方法还包括：
步骤5，调整三相交流电压的频率，并再次执行步骤1至步骤4。
进一步的，调整三相交流电压的频率具体为：
通过定时改变调整角度DeltaAngle的符号，使得三相交流电压每一相的频率叠加AngleAdd*T，其中DeltaAngle为一个设定值，可以通过HMI软件进行下发。
进一步的，三相交流电压通过电流内环控制环获得。
进一步的，步骤3具体包括：
Figure BDA0003604042980000023
其中，Angle(T)为第一Angle，Angle(2T)为第二Angle。
一种基于高压链式储能系统的孤岛检测系统，包括：输出电压频率检测模块与输出电压调节模块；
输出电压调节模块用于锁相获得电压相位角，以及计算电网电压频率Freq_Cal，并通过定时调整锁相获得的电压相位角改变输出电压调制波；
输出电压频率检测模块用于根据频率波动范围，判定储能系统是否发生孤岛现象。
进一步的，高压链式储能系统包括电池模块、BMS、PCS功率链节与储能舱体和能量管理系统，每个PCS功率链节包括1个PCS功率模块、1簇储能电池与BMS系统。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明可应用于类似拓扑的储能系统的孤岛检测。图中交流电压出现电网故障时，高压链式储能系统的控制装置可以通过本发明的方法，实现快速检测交流电网故障，防止储能系统运行在孤岛状态，保证电网系统的保护装置可以正确动作，使电网运行在电力公司的控制范围内。
附图说明
图1为一种高压链式储能系统的孤岛检测系统的示意图。
图2为高压链式储能系统输出电压调节方法示意图。
图3为锁相环的控制原理流程图。
图4为一种高压链式储能系统的孤岛检测方法的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
高压链式储能系统包括电池模块、BMS、PCS功率链节、储能舱体和能量管理系统等，每个PCS功率链节由1个PCS功率模块、1簇储能电池及其BMS系统构成。
高压链式储能系统的主回路拓扑中包含了三组链式储能功率模块，每组链式储能功率模块为N个链式储能功率模块的串联组成。每个链式储能功率模块包括：1个PCS功率模块与1簇储能电池。
本公开实施例的孤岛检测方法，如图1所示，包括：输出电压调节模块和输出电压频率检测模块。下面对各个功能模块的详细设计进行说明：
输出电压频率检测模块通过周期性的调整高压链式储能系统的输出电压的控制信号，即调制波，使得高压链式储能系统的交流端口电压存在周期性的频率波动，通过检测频率波动范围是否超过孤岛检测频率阈值，判断储能系统是否处于孤岛状态。
输出电压调节模块具体实现为根据锁相环的输出角度Angle在相邻两个控制周期之间的变化量DeltTheta(DeltThea为Angle在两个相邻控制周期的值angle(T)、Angle(2T)做差计算结果)和控制周期时间T可以计算出当前电压的频率Freq_Cal。再根据当前计算频率Freq_Cal和参考频率Freq_Ref之间的差的绝对值是否超过孤岛检测频率阈值DeltFreq，进行判断是否处于孤岛状态。
高压链式储能系统的控制框图如图2所示，通过三相交流电压的锁相环进行锁相，获得电压相位角Angle。通过计算此角度的cos值和sin值以及有功电流幅值参考值和无功电流幅值参考值得到储能系统的有功电流瞬时值参考值和无功电流瞬时值参考值，然后经过电流内环控制环获取储能系统的调制波信号，从而控制储能系统的端口电压。锁相环的控制框图如图3所示，主要包括abc/dq坐标变换、正序电压提取、PI调节环节。abc/dq坐标变换为：
Figure BDA0003604042980000041
上述坐标变换公式中usa、usb、usc为ABC三相交流电压的瞬时值，ud、uq为dq坐标系下交流电压幅值，α为A相电压角度。
uq经过四分之一周期延时得到uqrel，最终得到正序电压为：
Figure BDA0003604042980000042
将
Figure BDA0003604042980000043
与0进行比较做差做为PI调节环节的输入，PI调节环节的输出为电压相位角Angle。根据此角度在两个相邻控制周期的值Angle(T)、Angle(2T)以及控制周期T可以计算电网电压频率Freq_Cal，公式如下：
Figure BDA0003604042980000044
调制波计算公式如下:
Figure BDA0003604042980000051
Figure BDA0003604042980000052
Figure BDA0003604042980000053
Uaref、Ubref、Ucref为三相调制波，kg为电流内环系数，L为储能系统三相桥臂电感值，Iaref、Ibref、Icref为三相参考电流，Ia、Ib、Ic为储能系统三相电流，Usa、Usb、Usc为储能系统并网点三相电压，T为储能控制系统控制周期。
上述调制波计算公式主要为了实现高压链式储能系统控制系统的描述的完整性，对调整输出电压的方法进行了解释。
应用本发明方法后，如图2与图3所示，孤岛检测使能功能投入后，通过定时改变调整角度DeltaAngle(此角度为一个设定值，可以通过HMI软件进行下发)的符号，就可以使得锁相环的输出角度叠加一个周期波动的角度AngleAdd，使得电流内环生成的调制波Uaref、Ubref、Ucref中的Usa、Usb、Usc的角度变化，例如Usa采样电压值为
Usa＝Va*coswt
式中Va为A相电压幅值，叠加角度AngleAdd后，变为
Usa＝Va*cos(w*t+AngleAdd*T)
从而使得，储能系统调制波Uaref、Ubref、Ucref的频率改变。
本发明的方法中频率计算模块的具体实现为根据锁相环的电压相位角Angle，在相邻两个控制周期之间的变化量DeltTheta和控制周期时间T可以计算出当前电压的频率Freq_Cal。频率判断模块为根据当前计算频率Freq_Cal和参考频率Freq_Ref之间的差的绝对值是否超过孤岛检查频率差阈值DeltFreq，进行判断是否处于孤岛状态。
当储能系统处于非孤岛状态时，储能系统端口采样电压Usa、Usb、Usc受电网电压钳位作用，即使投入孤岛检测使能时，计算频率Freq_Cal与电网电压的频率也基本相同；当储能系统处于孤岛状态时，储能系统端口采样电压Usa、Usb、Usc完全取决于储能系统的输出电压，即调制波的调制产生电压，因此通过周期性的调整锁相环输出角度，可以实现输出电压的频率变化，最终检测到储能系统处于孤岛状态，实现本发明的孤岛检测功能。
综上，如图4所示，一种基于高压链式储能系统的孤岛检测方法，包括如下步骤：
步骤1，通过对高压链式储能系统三相交流电压的锁相环进行锁相，获得电压相位角Angle；
步骤2，根据电压相位角Angle与储能控制系统控制周期T，获得第一Angle与第二Angle，其中，第一Angle与第二Angle为两个相邻控制周期的值；
步骤3，根据第一Angle与第二Angle，计算电网电压频率Freq_Cal；
步骤4，若Freq_Cal和参考频率Freq_Ref之间的差的绝对值是否超过孤岛检查频率差阈值DeltFreq，判定储能系统发生孤岛现象。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于高压链式储能系统的孤岛检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，通过对高压链式储能系统三相交流电压的锁相环进行锁相，获得电压相位角Angle；
步骤2，根据电压相位角Angle与储能控制系统控制周期T，获得第一Angle与第二Angle，其中，第一Angle与第二Angle为两个相邻控制周期的值；
步骤3，根据第一Angle与第二Angle，计算电网电压频率Freq_Cal；
步骤4，若Freq_Cal和参考频率Freq_Ref之间的差的绝对值超过孤岛检查频率差阈值DeltFreq，判定储能系统发生孤岛现象。
2.根据权利要求1所述的一种基于高压链式储能系统的孤岛检测方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：
步骤11，通过三相交流电压的锁相环进行锁相，进行abc/dq坐标变换；
步骤12，提取正序电压；
步骤13，将正序电压作为PI调节环节的输入，输出为电压相位角。
3.根据权利要求2所述的一种基于高压链式储能系统的孤岛检测方法，其特征在于，所述步骤11中：
abc/dq坐标变换为：
Figure FDA0003604042970000011
式中usa、usab、usc为ABC三相交流电压的瞬时值，ud、uq为dq坐标系下交流电压幅值，α为A相电压角度。
4.根据权利要求3所述的一种基于高压链式储能系统的孤岛检测方法，其特征在于，所述步骤12中：
正序电压为：
Figure FDA0003604042970000012
其中，uqrel为uq经过四分之一周期延时得到。
5.根据权利要求1所述的一种基于高压链式储能系统的孤岛检测方法，其特征在于，所述方法还包括：
步骤5，调整三相交流电压的频率，并再次执行步骤1至步骤4。
6.根据权利要求5所述的一种基于高压链式储能系统的孤岛检测方法，其特征在于，所述调整三相交流电压的频率具体为：
通过定时改变调整角度DeltaAngle的符号，使得三相交流电压每一相的频率叠加AngleAdd*T，其中DeltaAngle为一个设定值，可以通过HMI软件进行下发。
7.根据权利要求5所述的一种基于高压链式储能系统的孤岛检测方法，其特征在于，三相交流电压通过电流内环控制环获得。
8.根据权利要求1所述的一种基于高压链式储能系统的孤岛检测方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：
Figure FDA0003604042970000021
其中，Angle(T)为第一Angle，Angle(2T)为第二Angle。
9.一种基于高压链式储能系统的孤岛检测系统，用于执行权利要求1-8所述的方法，其特征在于，所述系统包括：输出电压频率检测模块与输出电压调节模块；
输出电压调节模块用于锁相获得电压相位角，以及计算电网电压频率Freq_Cal，并通过定时调整锁相获得的电压相位角改变输出电压调制波；
输出电压频率检测模块用于根据频率波动范围，判定储能系统是否发生孤岛现象。
10.根据权利要求9所述的一种基于高压链式储能系统的孤岛检测系统，其特征在于，高压链式储能系统包括电池模块、BMS、PCS功率链节与储能舱体和能量管理系统，每个PCS功率链节包括1个PCS功率模块、1簇储能电池与BMS系统。
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