CN115395549A - 模块化多电平混合储能系统及其实现方法、装置和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电力传输技术领域，公开了模块化多电平混合储能系统及其实现方法、装置和设备。本发明在原有储能系统的拓扑结构上对功率模块进行替换，替换的功率模块包括直流电容、电池组、超级电容、电阻及七个IGBT开关，通过各开关的连接形成半桥子模块、DC/DC双向主变换器、DC/DC双向辅变换器及电阻部分，并相应提供了该系统的实现方法、装置及设备，其中方法根据对应电力系统的运行状态对相应IGBT开关进行导通与关断控制。本发明提出的拓扑能够实现短时间尺度的频率支撑以及长时间尺度的频率稳定，从不同的时间尺度上抑制系统功率的波动，并且在故障状态下还能实现功率模块的储能，避免了盈余能量的浪费，具有较好的经济性。

Description

模块化多电平混合储能系统及其实现方法、装置和设备
技术领域
本发明涉及电力传输技术领域，尤其涉及模块化多电平混合储能系统及其实现方法、装置和设备。
背景技术
模块化多电平储能换流器(简称储能型MMC)被广泛应用于电力系统，以保障电力系统的安全稳定运行。
模块化多电平储能换流器的通用拓扑结构包括：连接于正负极直流母线之间的三相单元，每个相单元由多个相同的功率模块级联而成，每个功率模块包括电池组、DC/DC双向变换器和半桥子模块，电池组经过DC/DC双向变换器与半桥子模块并联。通过这种结构可以将电池组较低的电压与半桥子模块较高的直流电压匹配，具有较好的灵活性。
然而，上述拓扑结构存在以下问题：
系统正常运行时，电池组只能实现数十秒到数小时的能量平衡作用，不具备惯量支撑能力，无法实现秒级及以下的大功率释放，从而不能为电力系统提供快速频率支撑。
发明内容
本发明提供了模块化多电平混合储能系统及其实现方法、装置和设备，解决了现有利用电池组的充放电抑制功率波动的储能型MMC方案不能实现超短时间尺度的频率支撑的技术问题。
本发明第一方面提供一种模块化多电平混合储能系统，包括连接于正负极直流母线之间的三相单元，每个相单元由多个相同的功率模块级联而成，所述功率模块包括第一IGBT开关、第二IGBT开关、第三IGBT开关、第四IGBT开关、第五IGBT开关、第六IGBT开关、第七IGBT开关、直流电容、电池组、超级电容和电阻；
所述第一IGBT开关、所述第二IGBT开关和所述直流电容组成半桥子模块；所述第三IGBT开关和所述第四IGBT开关组成DC/DC双向主变换器，并在直流侧与所述直流电容并联，所述第三IGBT开关和所述第四IGBT开关之间并联所述电池组；所述第五IGBT开关和所述第六IGBT开关组成DC/DC双向辅变换器，所述第五IGBT开关的集电极与所述第三IGBT开关的发射极连接，所述第六IGBT开关与所述超级电容并联；所述第七IGBT开关与所述电阻串联再通过所述超级电容与所述直流电容并联。
本发明第二方面提供一种模块化多电平混合储能系统的实现方法，所述模块化多电平混合储能系统包括连接于正负极直流母线之间的三相单元，每个相单元由多个相同的功率模块级联而成，所述功率模块包括第一IGBT开关、第二IGBT开关、第三IGBT开关、第四IGBT开关、第五IGBT开关、第六IGBT开关、第七IGBT开关、直流电容、电池组、超级电容和电阻；所述第一IGBT开关、所述第二IGBT开关和所述直流电容组成半桥子模块；所述第三IGBT开关和所述第四IGBT开关组成DC/DC双向主变换器，并在直流侧与所述直流电容并联，所述第三IGBT开关和所述第四IGBT开关之间并联所述电池组；所述第五IGBT开关和所述第六IGBT开关组成DC/DC双向辅变换器，所述第五IGBT开关的集电极与所述第三IGBT开关的发射极连接，所述第六IGBT开关与所述超级电容并联；所述第七IGBT开关与所述电阻串联再通过所述超级电容与所述直流电容并联；所述功率模块中各IGBT开关初始时处于关断状态，所述实现方法包括：
检测模块化多电平混合储能系统对应电力系统的运行状态；
若对应电力系统处于正常运行状态，对第一IGBT开关和第二IGBT开关采用最近电平逼近调制进行导通与关断控制；若对应电力系统送电功率不足，对第四IGBT开关采用脉冲宽度调制进行导通与关断控制，期间若检测到快速频率支撑指令被触发，对第六IGBT开关采用脉冲宽度调制进行导通与关断；若对应电力系统负荷功率不足，对第三IGBT开关采用脉冲宽度调制进行导通与关断控制，期间若检测到快速频率支撑指令被触发，对第五IGBT开关采用脉冲宽度调制进行导通与关断。
根据本发明第二方面提供的一种能够实现的方式，所述方法还包括：
定期检测对应电力系统的频率；
根据相邻两次检测到的频率计算频率变化速率；
在计算得到的频率变化速率满足对应预置触发条件时触发快速频率支撑指令。
根据本发明第二方面提供的一种能够实现的方式，所述在计算得到的频率变化速率满足对应预置触发条件时触发快速频率支撑指令，包括：
设置所述对应预置触发条件为计算得到的频率变化速率的绝对值大于预置速率阈值。
根据本发明第二方面提供的一种能够实现的方式，所述检测模块化多电平混合储能系统对应电力系统的运行状态，包括：
采集对应电力系统的直流电压、直流电流、交流相电压和交流相电流，根据所述直流电压和所述直流电流计算得到直流侧功率，根据所述交流相电压和所述交流相电流计算得到负荷功率；
若所述直流侧功率和所述负荷功率相等，判定对应电力系统处于正常运行状态；若所述直流侧功率小于所述负荷功率，判定对应电力系统送电功率不足；若所述直流侧功率大于所述负荷功率，判定对应电力系统负荷功率不足。
根据本发明第二方面提供的一种能够实现的方式，所述方法还包括：
若所述直流侧功率和所述负荷功率不相等且检测到系统交直流故障信号时，控制所述第七IGBT开关导通。
根据本发明第二方面提供的一种能够实现的方式，所述方法还包括：
在所述第七IGBT开关导通时启动计时，若在预置时长内未检测到系统交直流故障信号，控制所述第七IGBT开关关断。
本发明第三方面提供一种模块化多电平混合储能系统的实现装置，所述模块化多电平混合储能系统包括连接于正负极直流母线之间的三相单元，每个相单元由多个相同的功率模块级联而成，所述功率模块包括第一IGBT开关、第二IGBT开关、第三IGBT开关、第四IGBT开关、第五IGBT开关、第六IGBT开关、第七IGBT开关、直流电容、电池组、超级电容和电阻；所述第一IGBT开关、所述第二IGBT开关和所述直流电容组成半桥子模块；所述第三IGBT开关和所述第四IGBT开关组成DC/DC双向主变换器，并在直流侧与所述直流电容并联，所述第三IGBT开关和所述第四IGBT开关之间并联所述电池组；所述第五IGBT开关和所述第六IGBT开关组成DC/DC双向辅变换器，所述第五IGBT开关的集电极与所述第三IGBT开关的发射极连接，所述第六IGBT开关与所述超级电容并联；所述第七IGBT开关与所述电阻串联再通过所述超级电容与所述直流电容并联；所述功率模块中各IGBT开关初始时处于关断状态，所述实现装置包括：
状态检测模块，用于检测模块化多电平混合储能系统对应电力系统的运行状态；
控制模块，用于若对应电力系统处于正常运行状态，对第一IGBT开关和第二IGBT开关采用最近电平逼近调制进行导通与关断控制；若对应电力系统送电功率不足，对第四IGBT开关采用脉冲宽度调制进行导通与关断控制，期间若检测到快速频率支撑指令被触发，对第六IGBT开关采用脉冲宽度调制进行导通与关断；若对应电力系统负荷功率不足，对第三IGBT开关采用脉冲宽度调制进行导通与关断控制，期间若检测到快速频率支撑指令被触发，对第五IGBT开关采用脉冲宽度调制进行导通与关断。
根据本发明第三方面提供的一种能够实现的方式，所述装置还包括：
频率检测模块，用于定期检测对应电力系统的频率；
计算模块，用于根据相邻两次检测到的频率计算频率变化速率；
触发模块，用于在计算得到的频率变化速率满足对应预置触发条件时触发快速频率支撑指令。
根据本发明第三方面提供的一种能够实现的方式，所述触发模块包括：
设置单元，用于设置所述对应预置触发条件为计算得到的频率变化速率的绝对值大于预置速率阈值。
根据本发明第三方面提供的一种能够实现的方式，所述状态检测模块包括：
采集单元，用于采集对应电力系统的直流电压、直流电流、交流相电压和交流相电流，根据所述直流电压和所述直流电流计算得到直流侧功率，根据所述交流相电压和所述交流相电流计算得到负荷功率；
判断单元，用于若所述直流侧功率和所述负荷功率相等，判定对应电力系统处于正常运行状态；若所述直流侧功率小于所述负荷功率，判定对应电力系统送电功率不足；若所述直流侧功率大于所述负荷功率，判定对应电力系统负荷功率不足。
根据本发明第三方面提供的一种能够实现的方式，所述控制模块还用于：
若所述直流侧功率和所述负荷功率不相等且检测到系统交直流故障信号时，控制所述第七IGBT开关导通。
根据本发明第三方面提供的一种能够实现的方式，所述控制模块还用于：
在所述第七IGBT开关导通时启动计时，若在预置时长内未检测到系统交直流故障信号，控制所述第七IGBT开关关断。
本发明第四方面提供了一种模块化多电平混合储能系统的实现设备，包括：
存储器，用于存储指令；其中，所述指令用于实现如上任意一项能够实现的方式所述的模块化多电平混合储能系统的实现方法；
处理器，用于执行所述存储器中的指令。
本发明第五方面一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任意一项能够实现的方式所述的模块化多电平混合储能系统的实现方法。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明在原有储能型MMC的拓扑结构上对功率模块进行替换，替换的功率模块包括直流电容、电池组、超级电容、电阻及七个IGBT开关，通过不同IGBT开关的连接形成半桥子模块、DC/DC双向主变换器、DC/DC双向辅变换器及电阻部分，并相应提供了该MMC系统的实现方法、装置及设备，其中方法根据对应电力系统的运行状态对相应IGBT开关进行导通与关断控制；相比于原拓扑，本发明提出的拓扑能够实现短时间尺度的频率支撑，以及长时间尺度的频率稳定，从不同的时间尺度上抑制系统功率的波动。
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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为现有的模块化多电平储能换流器的拓扑结构示意图；
图2为本发明一个可选实施例提供的一种模块化多电平混合储能系统的拓扑结构示意图；
图3为本发明一个可选实施例提供的一种模块化多电平混合储能系统的实现方法的流程图；
图4为本发明一个可选实施例提供的一种模块化多电平混合储能系统的实现装置的结构连接框图。
附图标记：
1-状态检测模块；2-控制模块。
具体实施方式
本发明实施例提供了模块化多电平混合储能系统及其实现方法、装置和设备，用于解决现有利用电池组的充放电抑制功率波动的储能型MMC方案不能实现超短时间尺度的频率支撑的技术问题。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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。
本发明提供了一种模块化多电平混合储能系统。
现有的模块化多电平储能换流器的拓扑结构如图1所示。该模块化多电平储能换流器包括三个相单元，分别为相单元A、相单元B和相单元C。每个相单元由多个相同的功率模块串联组成，每个所述功率模块包括电池组、DC/DC双向变换器和半桥子模块，所述电池组经过所述DC/DC双向变换器与所述半桥子模块并联。图1中，Lo表示电感。
图2示出了本发明实施例提供的一种模块化多电平混合储能系统的拓扑结构示意图。图2中，T1表示第一IGBT开关，T2表示第二IGBT开关，T3表示第三IGBT开关，T4表示第四IGBT开关，T5表示第五IGBT开关，T6表示第六IGBT开关，T7表示第七IGBT开关，C表示直流电容。
本发明实施例提供的一种模块化多电平混合储能系统，包括连接于正负极直流母线之间的三相单元，每个相单元由多个相同的功率模块级联而成，该功率模块即图2中的BSM。相对于图1所示的拓扑结构，本发明实施例中，将BSM替换原有的功率模块。如图2所示，本实施例提供的模块化多电平混合储能系统的功率模块包括第一IGBT开关、第二IGBT开关、第三IGBT开关、第四IGBT开关、第五IGBT开关、第六IGBT开关、第七IGBT开关、直流电容、电池组、超级电容和电阻；
所述第一IGBT开关、所述第二IGBT开关和所述直流电容组成半桥子模块；所述第三IGBT开关和所述第四IGBT开关组成DC/DC双向主变换器，并在直流侧与所述直流电容并联，所述第三IGBT开关和所述第四IGBT开关之间并联所述电池组；所述第五IGBT开关和所述第六IGBT开关组成DC/DC双向辅变换器，所述第五IGBT开关的集电极与所述第三IGBT开关的发射极连接，所述第六IGBT开关与所述超级电容并联；所述第七IGBT开关与所述电阻串联再通过所述超级电容与所述直流电容并联。
本发明相应提供一种模块化多电平混合储能系统的实现方法，该方法应用于图2所示的模块化多电平混合储能系统。
图3示出了本发明实施例提供的一种模块化多电平混合储能系统的实现方法的流程图。
如图3所示，所述实现方法包括：
步骤S1，检测模块化多电平混合储能系统对应电力系统的运行状态。
可以根据实际情况设定检测周期，从而每隔一个检测周期即检测模块化多电平混合储能系统对应电力系统的运行状态。
在一种能够实现的方式中，所述检测模块化多电平混合储能系统对应电力系统的运行状态，包括：
采集对应电力系统的直流电压、直流电流、交流相电压和交流相电流，根据所述直流电压和所述直流电流计算得到直流侧功率，根据所述交流相电压和所述交流相电流计算得到负荷功率；
若所述直流侧功率和所述负荷功率相等，判定对应电力系统处于正常运行状态；若所述直流侧功率小于所述负荷功率，判定对应电力系统送电功率不足；若所述直流侧功率大于所述负荷功率，判定对应电力系统负荷功率不足。
作为具体的实施方式，按照下列公式计算直流侧功率：
PD＝Udc×Idc
式中，PD为所述直流侧功率，Udc为所述直流电压，Idc为所述直流电流。
作为具体的实施方式，按照下式计算所述负荷功率：
Figure BDA0003872002120000081
式中，PL为所述负荷功率，Uac为所述交流相电压，Iac为所述交流相电流，
Figure BDA0003872002120000082
为交流相电压与交流相电流的相角差。
本发明实施例，根据系统实时运行数据计算直流侧功率和负荷功率，通过二者功率的比较实现对电力系统运行状态的判断，方法简单便捷，提高了对模块化多电平混合储能系统控制的实时性，能够有效保障电力系统安全稳定运行。
步骤S2，若对应电力系统处于正常运行状态，对第一IGBT开关和第二IGBT开关采用最近电平逼近调制进行导通与关断控制；若对应电力系统送电功率不足，对第四IGBT开关采用脉冲宽度调制进行导通与关断控制，期间若检测到快速频率支撑指令被触发，对第六IGBT开关采用脉冲宽度调制进行导通与关断；若对应电力系统负荷功率不足，对第三IGBT开关采用脉冲宽度调制进行导通与关断控制，期间若检测到快速频率支撑指令被触发，对第五IGBT开关采用脉冲宽度调制进行导通与关断。
最近电平逼近调制实际上就是将工频正弦调制波转换成一个离散的整数值阶梯波形，当电平数目足够大时，最近电平逼近调制输出的阶梯波形和调制波有较好的拟合度，谐波含量小，开关器件的动作频率低。
图2中每一个相单元由上、下两个桥臂组成，其中上桥臂由N个BSM串联组成，下桥臂也由N个BSM串联组成。假设半桥子模块中电容的平均电压为uc，则利用需生成的波形(一般称为调制波，此处设计为正弦波)us除以uc，得到上桥臂需要投入的子模块数量：
N1＝N/2-round(us/uc)
式中，N1为上桥臂需要投入的子模块数量，round函数表示取最接近的整数；
下桥臂需要投入的子模块数量为：
N2＝N/2+round(us/uc)
式中，N2为下桥臂需要投入的子模块数量。
作为具体的实施方式，若对应电力系统处于正常运行状态，采用最近电平逼近调制时，根据计算得到的上、下桥臂分别需要投入的子模块数量，给上、下桥臂需要投入的半桥子模块中的T1施加导通信号(导通信号一般为高电平，即给T1发送信号“1”)，给T2施加关断信号(关断信号一般为低电平，即给T2发送信号“0”)。
脉冲宽度调制技术，是根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。作为具体的实施方式，采用脉冲宽度调制进行IGBT开关的导通与关断控制时，利用调制波与三角形载波进行比较，调制波大于三角载波时即导通，发送信号“1”，调制波小于三角载波时关断，即发送信号“0”。
本发明上述实施例中，根据对应电力系统的运行状态对相应IGBT开关进行导通与关断控制；相比于原拓扑，本实施例中提出的拓扑能够实现短时间尺度的频率支撑，以及长时间尺度的频率稳定，从不同的时间尺度上抑制系统功率的波动。
进一步地，对于对应电力系统送电功率不足或者负荷功率不足的情形，对相应的IGBT开关进行导通与关断控制结束后，再次检测系统运行状态，若系统功率仍然不平衡，则继续执行相应系统运行状态的IGBT开关控制操作。若系统功率平衡，则使各IGBT开关的开关状态返回到对应电力系统处于正常运行状态时的开关状态。
在一种能够实现的方式中，所述方法还包括：
定期检测对应电力系统的频率；
根据相邻两次检测到的频率计算频率变化速率；
在计算得到的频率变化速率满足对应预置触发条件时触发快速频率支撑指令。
作为具体的实施方式，设每隔一定时间Δt检测对应电力系统的频率，第t时刻检测到的频率为f(t)，第t+Δt检测到的频率为f(t+Δt)，则对应的频率变化速率的计算公式为：
Figure BDA0003872002120000101
式中，df(t)表示对应的频率变化速率。
作为一种具体的实施方式，设置所述对应预置触发条件为计算得到的频率变化速率的绝对值大于预置速率阈值。
通过实时检测系统频率变化，以确定是否需要储能系统的快速频率支撑，能够有效提高储能系统实现短时间尺度的频率支撑的实时性。
作为另一种具体的实施方式，设预置速率阈值为vT，若当前检测时间对应电力系统负荷功率不足，对应预置触发条件为计算得到的频率变化速率大于vT；若当前检测时间对应电力系统送电功率不足，对应预置触发条件为计算得到的频率变化速率小于-vT。
需要说明的是，vT和Δt的取值根据实际情况确定。
在一种能够实现的方式中，所述方法还包括：
若所述直流侧功率和所述负荷功率不相等且检测到系统交直流故障信号时，控制所述第七IGBT开关导通。
现有储能系统方案的拓扑结构在高压大容量场合电力系统严重故障期间，无法帮助电力系统消耗盈余功率，从而不能帮助电力系统实现故障穿越。本实施例中，通过在检测到系统交直流故障信号时控制所述第七IGBT开关导通，能够在故障状态下实现功率模块的储能，避免了盈余能量的浪费，具有较好的经济性。
在一种能够实现的方式中，所述方法还包括：
在所述第七IGBT开关导通时启动计时，若在预置时长内未检测到系统交直流故障信号，控制所述第七IGBT开关关断。
本发明还提供了一种模块化多电平混合储能系统的实现装置，该装置可用于执行本发明上述任一项实施例所述的模块化多电平混合储能系统的实现方法。
请参阅图4，图4示出了本发明实施例提供的一种模块化多电平混合储能系统的实现装置的结构连接框图。
本发明实施例提供的一种模块化多电平混合储能系统的实现装置，包括：
状态检测模块1，用于检测模块化多电平混合储能系统对应电力系统的运行状态；
控制模块2，用于若对应电力系统处于正常运行状态，对第一IGBT开关和第二IGBT开关采用最近电平逼近调制进行导通与关断控制；若对应电力系统送电功率不足，对第四IGBT开关采用脉冲宽度调制进行导通与关断控制，期间若检测到快速频率支撑指令被触发，对第六IGBT开关采用脉冲宽度调制进行导通与关断；若对应电力系统负荷功率不足，对第三IGBT开关采用脉冲宽度调制进行导通与关断控制，期间若检测到快速频率支撑指令被触发，对第五IGBT开关采用脉冲宽度调制进行导通与关断。
在一种能够实现的方式中，所述装置还包括：
频率检测模块，用于定期检测对应电力系统的频率；
计算模块，用于根据相邻两次检测到的频率计算频率变化速率；
触发模块，用于在计算得到的频率变化速率满足对应预置触发条件时触发快速频率支撑指令。
在一种能够实现的方式中，所述触发模块包括：
设置单元，用于设置所述对应预置触发条件为计算得到的频率变化速率的绝对值大于预置速率阈值。
在一种能够实现的方式中，所述状态检测模块1包括：
采集单元，用于采集对应电力系统的直流电压、直流电流、交流相电压和交流相电流，根据所述直流电压和所述直流电流计算得到直流侧功率，根据所述交流相电压和所述交流相电流计算得到负荷功率；
判断单元，用于若所述直流侧功率和所述负荷功率相等，判定对应电力系统处于正常运行状态；若所述直流侧功率小于所述负荷功率，判定对应电力系统送电功率不足；若所述直流侧功率大于所述负荷功率，判定对应电力系统负荷功率不足。
在一种能够实现的方式中，所述控制模块2还用于：
若所述直流侧功率和所述负荷功率不相等且检测到系统交直流故障信号时，控制所述第七IGBT开关导通。
在一种能够实现的方式中，所述控制模块2还用于：
在所述第七IGBT开关导通时启动计时，若在预置时长内未检测到系统交直流故障信号，控制所述第七IGBT开关关断。
本发明还提供了一种模块化多电平混合储能系统的实现设备，包括：
存储器，用于存储指令；其中，所述指令用于实现如上任意一项实施例所述的模块化多电平混合储能系统的实现方法；
处理器，用于执行所述存储器中的指令。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任意一项实施例所述的模块化多电平混合储能系统的实现方法。
本发明上述实施例，能够实现短时间尺度的频率支撑，以及长时间尺度的频率稳定，从不同时间尺度上抑制系统功率的波动；此外，还能够在故障状态下还能实现功率模块的储能，避免了盈余能量的浪费，具有较好的经济性。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置、设备和模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，上述描述的装置、设备和模块的具体有益效果，可以参考前述方法实施例中的对应有益效果，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个装置，或一些特征可以忽略，或不执行。所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。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。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。
所述集成的模块如果以软件功能模块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全部或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(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种模块化多电平混合储能系统，包括连接于正负极直流母线之间的三相单元，每个相单元由多个相同的功率模块级联而成，其特征在于，所述功率模块包括第一IGBT开关、第二IGBT开关、第三IGBT开关、第四IGBT开关、第五IGBT开关、第六IGBT开关、第七IGBT开关、直流电容、电池组、超级电容和电阻；
所述第一IGBT开关、所述第二IGBT开关和所述直流电容组成半桥子模块；所述第三IGBT开关和所述第四IGBT开关组成DC/DC双向主变换器，并在直流侧与所述直流电容并联，所述第三IGBT开关和所述第四IGBT开关之间并联所述电池组；所述第五IGBT开关和所述第六IGBT开关组成DC/DC双向辅变换器，所述第五IGBT开关的集电极与所述第三IGBT开关的发射极连接，所述第六IGBT开关与所述超级电容并联；所述第七IGBT开关与所述电阻串联再通过所述超级电容与所述直流电容并联。
2.一种模块化多电平混合储能系统的实现方法，所述模块化多电平混合储能系统包括连接于正负极直流母线之间的三相单元，每个相单元由多个相同的功率模块级联而成，其特征在于，所述功率模块包括第一IGBT开关、第二IGBT开关、第三IGBT开关、第四IGBT开关、第五IGBT开关、第六IGBT开关、第七IGBT开关、直流电容、电池组、超级电容和电阻；所述第一IGBT开关、所述第二IGBT开关和所述直流电容组成半桥子模块；所述第三IGBT开关和所述第四IGBT开关组成DC/DC双向主变换器，并在直流侧与所述直流电容并联，所述第三IGBT开关和所述第四IGBT开关之间并联所述电池组；所述第五IGBT开关和所述第六IGBT开关组成DC/DC双向辅变换器，所述第五IGBT开关的集电极与所述第三IGBT开关的发射极连接，所述第六IGBT开关与所述超级电容并联；所述第七IGBT开关与所述电阻串联再通过所述超级电容与所述直流电容并联；所述功率模块中各IGBT开关初始时处于关断状态，所述实现方法包括：
检测模块化多电平混合储能系统对应电力系统的运行状态；
控制模块，用于若对应电力系统处于正常运行状态，对第一IGBT开关和第二IGBT开关采用最近电平逼近调制进行导通与关断控制；若对应电力系统送电功率不足，对第四IGBT开关采用脉冲宽度调制进行导通与关断控制，期间若检测到快速频率支撑指令被触发，对第六IGBT开关采用脉冲宽度调制进行导通与关断；若对应电力系统负荷功率不足，对第三IGBT开关采用脉冲宽度调制进行导通与关断控制，期间若检测到快速频率支撑指令被触发，对第五IGBT开关采用脉冲宽度调制进行导通与关断。
3.根据权利要求2所述的模块化多电平混合储能系统的实现方法，其特征在于，所述方法还包括：
定期检测对应电力系统的频率；
根据相邻两次检测到的频率计算频率变化速率；
在计算得到的频率变化速率满足对应预置触发条件时触发快速频率支撑指令。
4.根据权利要求3所述的模块化多电平混合储能系统的实现方法，其特征在于，所述在计算得到的频率变化速率满足对应预置触发条件时触发快速频率支撑指令，包括：
设置所述对应预置触发条件为计算得到的频率变化速率的绝对值大于预置速率阈值。
5.根据权利要求2所述的模块化多电平混合储能系统的实现方法，其特征在于，所述检测模块化多电平混合储能系统对应电力系统的运行状态，包括：
采集模块化多电平混合储能系统的直流电压、直流电流、交流相电压和交流相电流，根据所述直流电压和所述直流电流计算得到直流侧功率，根据所述交流相电压和所述交流相电流计算得到负荷功率；
若所述直流侧功率和所述负荷功率相等，判定对应电力系统处于正常运行状态；若所述直流侧功率小于所述负荷功率，判定对应电力系统送电功率不足；若所述直流侧功率大于所述负荷功率，判定对应电力系统负荷功率不足。
6.根据权利要求5所述的模块化多电平混合储能系统的实现方法，其特征在于，所述方法还包括：
若所述直流侧功率和所述负荷功率不相等且检测到系统交直流故障信号时，控制所述第七IGBT开关导通。
7.根据权利要求6所述的模块化多电平混合储能系统的实现方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述第七IGBT开关导通时启动计时，若在预置时长内未检测到系统交直流故障信号，控制所述第七IGBT开关关断。
8.一种模块化多电平混合储能系统的实现装置，所述模块化多电平混合储能系统包括连接于正负极直流母线之间的三相单元，每个相单元由多个相同的功率模块级联而成，其特征在于，所述功率模块包括第一IGBT开关、第二IGBT开关、第三IGBT开关、第四IGBT开关、第五IGBT开关、第六IGBT开关、第七IGBT开关、直流电容、电池组、超级电容和电阻；所述第一IGBT开关、所述第二IGBT开关和所述直流电容组成半桥子模块；所述第三IGBT开关和所述第四IGBT开关组成DC/DC双向主变换器，并在直流侧与所述直流电容并联，所述第三IGBT开关和所述第四IGBT开关之间并联所述电池组；所述第五IGBT开关和所述第六IGBT开关组成DC/DC双向辅变换器，所述第五IGBT开关的集电极与所述第三IGBT开关的发射极连接，所述第六IGBT开关与所述超级电容并联；所述第七IGBT开关与所述电阻串联再通过所述超级电容与所述直流电容并联；所述功率模块中各IGBT开关初始时处于关断状态，所述实现装置包括：
检测模块，用于检测模块化多电平混合储能系统对应电力系统的运行状态；
控制模块，用于控制模块，用于若对应电力系统处于正常运行状态，对第一IGBT开关和第二IGBT开关采用最近电平逼近调制进行导通与关断控制；若对应电力系统送电功率不足，对第四IGBT开关采用脉冲宽度调制进行导通与关断控制，期间若检测到快速频率支撑指令被触发，对第六IGBT开关采用脉冲宽度调制进行导通与关断；若对应电力系统负荷功率不足，对第三IGBT开关采用脉冲宽度调制进行导通与关断控制，期间若检测到快速频率支撑指令被触发，对第五IGBT开关采用脉冲宽度调制进行导通与关断。
9.一种模块化多电平混合储能系统的实现设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储指令；其中，所述指令用于实现如权利要求1-7任意一项所述的模块化多电平混合储能系统的实现方法；
处理器，用于执行所述存储器中的指令。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任意一项所述的模块化多电平混合储能系统的实现方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115832473A (zh) * 2023-02-03 2023-03-21 江苏思贝尔海纳储能科技有限公司 一种新型储能系统

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