CN115549191A - 一种储能系统及孤岛检测方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种储能系统及孤岛检测方法，储能系统包括储能单元、储能变流器、频率检测电路以及控制器，控制器对储能变流器执行第一/第二频率调节控制，并根据储能变流器输出电压的频率与目标频率的频率差值，调节第一/第二频率调节控制的权重，控制储能变流器输出电压的频率至目标频率，检测储能变流器发生孤岛现象，第一/第二频率调节控制将储能变流器输出电压的频率向第一方向/第二方向调节，第一方向为趋向电网基准频率的方向，第二方向为远离电网基准频率的方向。储能系统中的储能变流器发生孤岛后，控制器能将发生孤岛的储能变流器输出电压的频率拉至目标频率，从而能够检测到孤岛现象，并完成防孤岛保护动作。

Description

一种储能系统及孤岛检测方法
技术领域
本申请涉及储能变流器控制技术领域，特别涉及一种储能系统及孤岛检测方法。
背景技术
在双高电网(新能源占比高以及电力电子设备占比高)场景下，目前新能源发电设备大都采用跟随型(grid-following，GFL)控制，电网稳定问题亟待解决，例如高压直流输电(high voltage direct current，HVDC)送端换向失败造成的N-1极小短路比场景，以及全电力电子化的孤岛电力系统等。因此，引入构网型(grid-forming，GFM)控制可有效解决新能源极限占比问题，也可以构网组成独立电力系统，具有主动稳定电网频率和电压的作用；但当发生孤岛现象时，采用GFM控制的储能变流器(power conditioning system，PCS)输出电压和频率较为稳定，无法采用传统的方法来判断使用GFL变换器的PCS是否出现孤岛现象，从而不利于整网系统的继电保护动作，若放任PCS继续构网控制运行，一旦电网恢复则可能会出现极大冲击电流，损坏设备。
因此需要提出一种储能系统以及孤岛检测方法，以实现对于储能变流器的孤岛检测，在外部电网跳网后，能识别出储能变流器发生的孤岛现象，进行保护关机，或转为离网运行。
发明内容
本申请提供一种储能系统及孤岛检测方法，在储能系统中的储能变流器发生孤岛后，控制器能将发生孤岛的储能变流器输出电压的频率拉至目标频率，从而能够检测到孤岛现象，并完成防孤岛保护动作。
第一方面，本申请提供一种储能系统，包括至少一个储能单元、至少一个储能变流器、频率检测电路以及控制器；至少一个储能单元与至少一个储能变流器一一对应连接，至少一个储能变流器中的任一个储能变流器用于将对应的储能单元输入的直流电转换为交流电输出给电网；频率检测电路，用于：检测储能变流器输出电压的频率；控制器，用于：对储能变流器执行第一频率调节控制以及第二频率调节控制，并根据储能变流器输出电压的频率与目标频率的频率差值，调节第一频率调节控制以及第二频率调节控制的权重，来控制储能变流器输出电压的频率至目标频率，以检测储能变流器发生孤岛现象，其中，第一频率调节控制用于将储能变流器输出电压的频率向第一方向调节，第一方向为趋向电网基准频率的调节方向，第二频率调节控制用于将储能变流器输出电压的频率向第二方向调节，第二方向为远离电网基准频率的调节方向。
本申请不依赖于电压幅值的突变和功率的突变来检测是否出现孤岛现象，控制器能根据固有反下垂特性将储能变流器输出电压的频率拉开至目标频率，以使控制器检测储能变流器发生孤岛现象，并且在拉开过程中和最终运行频率下，系统运行稳定，并且在控制器检测到出现孤岛现象后，控制器可以控制储能变流器关机，从而完成防孤岛保护动作，也可以将储能变流器切换进行离网运行，从而实现并离网的切换。
作为一种可能的实施方式，储能系统还包括：功率检测电路用于：检测储能变流器与电网连接一侧的电压和电流，以获取储能变流器的功率信息；控制器还用于：根据储能变流器的功率信息，控制储能变流器输出电压的频率至目标频率。
控制器基于储能变流器的功率信息对储能变流器的输出电压的频率进行控制。具体可根据储能变流器的功率信息以及第一频率调节控制以及第二频率调节控制，实现对储能变流器输出电压的频率的调整。
作为一种可能的实施方式，控制器还用于：根据储能变流器输出电压的频率与目标频率的频率差值，调节第一频率调节控制以及第二频率调节控制的权重；根据储能变流器的功率信息、第一频率调节控制的权重以及第二频率调节控制的权重，控制储能变流器输出电压的频率至目标频率，以检测储能变流器发生孤岛现象。
作为一种可能的实施方式，控制器具体用于：根据储能变流器的功率信息、第一频率调节控制的权重以及第二频率调节控制的权重，调整调制波信号的大小，并将调制波信号发送给储能变流器的驱动电路，以调节储能变流器输出电压的频率。
储能变流器的驱动电路中可以包括虚拟同步发电机，控制器具体可根据频率差值，控制第一频率调节控制以及第二频率调节控制的调节权重，并与储能变流器的功率信息进行叠加，从而可以得到驱动电路中虚拟同步发电机的内电势的电压幅值参考，以调节储能变流器输出电压的频率。其中，在虚拟同步发电机的内电势的电压幅值参考后，通过内电势电压幅值闭环控制，得到调制波，调制波与载波信号比较后可生成驱动信号，将驱动信号发送给储能变流器中的开关器件，储能变流器中的开关器件在上述驱动信号的控制下调整其导通时序，从而调整储能变流器输出的有功功率值。
作为一种可能的实施方式，控制器具体用于：根据储能变流器与电网连接一侧的电压和电流，将储能变流器输出电压的频率向第一方向调节，以使储能变流器增加的有功负载变小；或者，根据储能变流器与电网连接一侧的电压和电流，将储能变流器输出电压的频率向第二方向调节，以使储能变流器降低的有功负载变大。
储能变流器以虚拟同步发电的方式进行组网运行，其带有一定的有功负载。在有功负载增加时，会引起电网频率的下降，控制器通过下垂特性的作用，使储能变流器自动增加有功，从而提升出力，当储能变流器的出力与负载的相对关系逐渐变化，储能变流器输出电压的频率也将逐渐提升，而在频率提升后，储能变流器增大的有功负载的幅度也会变小，从而最终形成稳定状态。控制器通过反下垂特性的作用，使储能变流器自动减小有功，从而降低出力，当储能变流器的出力与负载的不匹配程度则继续变大，储能变流器输出电压的频率也将继续下降，而在频率下降后，储能变流器降低的有功负载的幅度也会越大，从而将储能变流器输出电压的频率逐渐接近至电网基准频率，从而最终形成稳定状态。
作为一种可能的实施方式，控制器具体用于：若调节后的第一频率调节控制的调节权重大于第二频率调节控制的调节权重，则将储能变流器输出电压的频率向第一方向调节，若调节后的第一频率调节控制的调节权重小于第二频率调节控制的调节权重，则将储能变流器输出电压的频率向第二方向调节。
第一频率调节控制用于将储能变流器输出电压的频率调节至电网的基准频率，第一频率调节控制可以视为下垂特性的调节，在第一频率调节控制下可使储能变流器最终输出电压的频率稳定在电网的基准频率。而第二频率调节控制用于将储能变流器输出电压的频率远离电网基准频率，第二频率调节控制可以视为反下垂特性的调节，在第二频率调节控制下可使储能变流器输出电压的频率远离电网的基准频率，以使储能变流器最终输出的电压的频率调整至目标频率。
作为一种可能的实施方式，控制器具体用于：在储能变流器与电网存在电连接时，将第一频率调节控制的权重调节至大于第二频率调节控制的权重。
在储能变流器与电网连接时，为了支撑电网的电网电压以及频率，控制器调节的第一频率调节控制的第一权重大于第二频率调节控制的第二权重，从而使储能变流器输出电压的频率向第一方向调节，即使此时储能变流器输出电压的频率发生变化，也可以通过控制器的下垂特性调节，来辅助稳定调节储能变流器输出电压的频率，使储能变流器最终输出的电压的频率接近于电网的基准频率。
作为一种可能的实施方式，控制器具体用于：在储能变流器与电网断开连接时，将第一频率调节控制的权重调节至小于第二频率调节控制的权重。
在储能变流器与电网断开连接后，由于失去了电网对储能变流器输出电压的频率的钳位作用，控制器调节的第一频率调节控制的第一权重小于第二频率调节控制的第二权重，从而使储能变流器输出电压的频率向第一方向调节，从而可控制器将储能变流器输出电压的频率调节至目标频率，以检测储能变流器发生孤岛现象，并且在频率偏移过程中和最终运行在目标频率下的两个阶段中，包含储能变流器的储能系统都是稳定的。
作为一种可能的实施方式，控制器还用于：在检测出目标储能变流器发生孤岛现象后，关闭目标储能变流器，或，在检测出目标储能变流器发生孤岛现象后，将目标储能变流器切换至离网运行状态。
第二方面，本申请提供一种孤岛检测方法，应用于储能系统，储能系统包括至少一个储能单元、至少一个储能变流器、频率检测电路以及控制器；至少一个储能单元与至少一个储能变流器一一对应连接，至少一个储能变流器中的任一个储能变流器用于将对应的储能单元输入的直流电转换为交流电输出给电网，方法包括：
对储能变流器执行第一频率调节控制以及第二频率调节控制，并根据储能变流器输出电压的频率与目标频率的频率差值，调节第一频率调节控制以及第二频率调节控制的权重，来控制储能变流器输出电压的频率至目标频率，以检测储能变流器发生孤岛现象，其中，第一频率调节控制用于将储能变流器输出电压的频率向第一方向调节，第一方向为趋向电网基准频率的调节方向，第二频率调节控制用于将储能变流器输出电压的频率向第二方向调节，第二方向为远离电网基准频率的调节方向。
第三方面，本申请还提供一种光伏系统，其包括：至少一个光伏组件、至少一个变流器、频率检测电路以及控制器；至少一个光伏组件与至少一个变流器一一对应连接，至少一个变流器中的任一个变流器用于将对应的光伏组件输入的直流电转换为交流电输出给电网；频率检测电路，用于：检测变流器输出电压的频率；控制器，用于：对变流器执行第一频率调节控制以及第二频率调节控制，并根据变流器输出电压的频率与目标频率的频率差值，调节第一频率调节控制以及第二频率调节控制的权重，来控制变流器输出电压的频率至目标频率，以检测变流器发生孤岛现象，其中，第一频率调节控制用于将变流器输出电压的频率向第一方向调节，第一方向为趋向电网基准频率的调节方向，第二频率调节控制用于将变流器输出电压的频率向第二方向调节，第二方向为远离电网基准频率的调节方向。
上述第二方面到第三方面可以达到的技术效果描述请参照上述第一方面中任一可能设计可以达到的技术效果描述，重复之处不予论述。
附图说明
图1为一种储能系统的结构示意图一；
图2为一种储能系统的结构示意图二；
图3为一种储能系统的结构示意图三；
图4为控制器对储能变流器进行频率调节示意图；
图5为控制器检测储能变流器的波形示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本申请更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。本申请中所描述的表达位置与方向的词，均是以附图为例进行的说明，但根据需要也可以做出改变，所做改变均包含在本申请保护范围内。本申请的附图仅用于示意相对位置关系不代表真实比例。
为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。方法实施例中的具体操作方法也可以应用于装置实施例或系统实施例中。需要说明的是，在本申请的描述中“至少一个”是指一个或多个，其中，多个是指两个或两个以上。鉴于此，本发明实施例中也可以将“多个”理解为“至少两个”。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，字符“/”，如无特殊说明，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。另外，需要理解的是，在本申请的描述中，“第一”、“第二”等词汇，仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。
对于储能变流器的控制存在两种方式，构网型控制以及跟随型控制。其中，构网型控制，能主动建立交流电压的幅值以及频率，而跟随型控制能跟踪电网的电压相位，但不能主动稳定电压幅值和频率。在构网型控制中，使储能变流器具备同步发电机的感性下垂特性，从而能主动稳定交流电压。
目前大多新能源发电以及储能系统中，对储能变流器都采用跟随型控制，而跟随型控制是跟踪电网的电压相位，不能主动稳定电压幅值和频率，所以引入构网型控制，可构网组成独立电力系统，具有主动稳定电网频率和电压的作用。
并网时，储能变流器运行在电流源模式，可以主动侦测电网电压的频率和相位信息进行输出电流控制，内阻抗特性体现为高阻抗；离网时，储能变流器运行在电压源模式，主动决定输出电压的频率、幅值和相位信息进行输出电压控制，内阻抗特性体现为低阻抗。
但是当发生孤岛现象时，储能变流器在现有的跟随型控制下，由于跟踪了电网的电压相位，需要采用传统的跟随型控制判断孤岛方法(即根据输出的电压幅值以及频率判断是否出现孤岛现象)。而在构网型控制中，由于储能变流器输出的电压以及频率比较稳定，因此，控制器无法判断此时储能变流器是否发生了计划之外的孤岛现象，所以与储能单元或发电单元连接的储能变流器，将一直运行在孤岛中，从而不利于整个电网系统的继电保护。若放任被构网型控制的储能变流器继续运行，则一旦电网重新恢复，被构网型控制的储能变流器将产生极大的冲击电流，损坏其他设备。
通过增加正反馈的方式，来引发储能变流器输出的电压与频率的偏移，即，采用正反馈的方法，在功率变化接近于零时，加强正反馈的作用，使储能变流器输出频率和电压发生快速变换，从而缩短孤岛检测时间。但若将正反馈增加到环路控制中，一旦发生孤岛现象或并网运行时，则容易使整个电网不稳定。
有鉴于此，需要提出一种储能系统，其中的控制器能将发生孤岛的储能变流器输出电压的频率拉至目标频率，控制器能够检测到孤岛现象，并完成防孤岛保护动作。
参阅图1所示，图1为一种储能系统，包括至少一个储能单元101、至少一个储能变流器102、频率检测电路103以及控制器104。
至少一个储能单元101与至少一个储能变流器102一一对应连接，至少一个储能变流器102中的任一个储能变流器102用于将对应的储能单元101输入的直流电转换为交流电输出给电网105。
频率检测电路103，用于：检测储能变流器102输出电压的频率所述控制器用于：对储能变流器102执行第一频率调节控制以及第二频率调节控制，并根据储能变流器102输出电压的频率与目标频率的频率差值，调节所述第一频率调节控制以及所述第二频率调节控制的权重，来控制储能变流器102输出电压的频率至目标频率，以检测储能变流器102发生孤岛现象，其中，第一频率调节控制用于将储能变流器102输出电压的频率向第一方向调节，第一方向为趋向所述电网105基准频率的调节方向，第二频率调节控制用于将储能变流器102输出电压的频率向第二方向调节，第二方向为远离所述电网105基准频率的调节方向。
其中，在储能系统100中的某个或某几个储能变流器102与电网105断开连接后，控制器104通过频率-有功反下垂控制可以使断开连接的储能变流器102输出电压的频率发生偏移，在储能变流器102输出电压的频率调节至目标频率时，控制器104能够检测到该储能变流器102发生了孤岛现象。
而在电网105与所有储能变流器102均断开连接时，控制器104通过频率-有功反下垂控制来使所有储能变流器102输出电压的频率发生偏移，在所有储能变流器102输出电压的频率都调节至目标频率时，控制器104检测到所有储能变流器102均发生了孤岛现象。
构网型的储能变流器102可以与储能单元101连接，储能单元101可以包括能量储存系统(energy storage system，ESS)，而能量储存系统中可以至少包括：光伏(photovoltaic，PV)发电单元、电池系统以及直流转直流(direct current-directcurrent converter，DC-DC)变换单元等。能量储存系统既可以与储能变流器102通过交流耦合连接，也可以与储能变流器102通过直流耦合连接。
其中，构网型的储能变流器102可以通过控制储能单元101的充电和放电，进行交直流的变换。在并网模式下，储能变流器102运行在电流源模式时，储能变流器102可以检测到所在的电网105电压的频率和相位信息，进而可以进行输出电流的控制，此时储能变流器102内阻抗特性体现为高阻抗；而在离网模式下，储能变流器102运行在电压源模式时，储能变流器102可以检测到输出电压的频率、幅值和相位信息，进而可以进行输出电压的控制，此时储能变流器102内阻抗特性体现为低阻抗。
构网型控制中储能变流器102可执行频率-有功下垂控制来稳定频率。具体的，控制器104可用于：根据电网105频率与参考频率之间的频率差值，所述参考频率为电网105正常运行时的额定频率值；根据频率差值，控制储能变流器102输出的电压，从而稳定频率。
实际使用时，若电网频率高于参考频率，则可表示电网105上当前传输的有功功率高于电网实际需求的有功功率，当电网105的频率低于参考频率，则可表示电网上当前传输的有功功率低于电网实际需求的有功功率，根据上述频率与有功功率的对应关系，从而能建立频率-有功下垂控制策略的控制关系。
因此，构网型控制中的储能变流器102输出的电压以及频率比较稳定，无法利用电压幅值以及功率的突变来检测是否发生孤岛现象。所以本申请引入了反下垂策略，在发生非计划内孤岛现象时，使出现孤岛现象的储能变流器102的输出特性整体体现为反下垂特性，而反下垂特性则可使出现孤岛现象的储能变流器102输出电压的频率远离电网基准频率，上升或下降至目标频率(非电网频率)，从而便于检测储能变流器102发生孤岛现象。
具体的，在频率检测电路103检测到储能变流器102输出电压的频率后，控制器104可根据储能变流器102输出电压的频率与目标频率的频率差值，来调节第一频率调节控制以及第二频率调节控制的权重，以控制储能变流器102输出电压的频率至目标频率，检测储能变流器102发生孤岛现象。
作为一种可能的实施方式，所述控制器104，具体用于：若调节后的所述第一频率调节控制的调节权重大于所述第二频率调节控制的调节权重，则将储能变流器102输出电压的频率向所述第一方向调节，若调节后的所述第一频率调节控制的调节权重小于所述第二频率调节控制的调节权重，则将储能变流器102输出电压的频率向所述第二方向调节。
具体的，第一频率调节控制用于将储能变流器102输出电压的频率调节至所述电网105的基准频率，第一频率调节控制可以视为下垂特性的调节，即，在第一频率调节控制下可使储能变流器102最终输出电压的频率稳定在电网105的基准频率。
而第二频率调节控制用于将储能变流器102输出电压的频率远离所述电网105基准频率，第二频率调节控制可以视为反下垂特性的调节，即，在第二频率调节控制下可使储能变流器102输出电压的频率远离电网105的基准频率，以使储能变流器102最终输出的电压的频率调整至目标频率。
而控制器104控制储能变流器102最终呈现第一频率调节控制(下垂特性)/第二频率调节控制(反下垂特性)的特性取决于其权重占比。在第一频率调节控制的第一权重大于第二频率调节控制的第二权重时，控制器104施加给储能变流器102第一权重的第一频率调节控制叠加第二权重的第二频率调节控制后，储能变流器102最终呈现为下垂特性，而若第一频率调节控制的权重小于第二频率调节控制的权重时，控制器104施加给储能变流器102第一权重的第一频率调节控制叠加第二权重的第二频率调节控制后，储能变流器102最终呈现为反下垂特性。
作为一种可能的实施方式，控制器104具体用于：在储能变流器102与电网105存在电连接时，将第一频率调节控制的权重调节至大于第二频率调节控制的权重。
在储能变流器102与电网105连接时，为了支撑电网105的电网电压以及频率，控制器104调节的第一频率调节控制的第一权重大于第二频率调节控制的第二权重，从而使储能变流器102输出电压的频率向第一方向调节，即使储能变流器102输出电压的频率发生变化，也可以通过控制器104的下垂特性调节，来调节储能变流器102输出电压的频率，使储能变流器102最终输出的电压的频率接近于电网105的基准频率。
作为一种可能的实施方式，控制器104具体用于：在储能变流器102与电网105断开连接时，将所述第一频率调节控制的权重调节至小于所述第二频率调节控制的权重。
而在储能变流器102与电网105断开连接后，由于失去了电网105对储能变流器102输出电压的频率的钳位作用，控制器104调节的第一频率调节控制的第一权重小于第二频率调节控制的第二权重，从而使储能变流器102输出电压的频率向第一方向调节，控制器104将储能变流器102输出电压的频率调节至目标频率，以检测储能变流器102发生孤岛现象，并且在频率偏移过程中和最终运行在目标频率下的两个阶段中，包含储能变流器102的储能系统100都是稳定的。
作为一种可能的实施方式，参阅图2所示，图2为一种储能系统的结构示意图二；功率检测电路106，用于：检测储能变流器102与电网105连接一侧的电压和电流，以获取储能变流器102的功率信息；所述控制器104，还用于：根据储能变流器102的功率信息，控制储能变流器102输出电压的频率至目标频率。
控制器104用于基于储能变流器102的功率信息对储能变流器102的输出电压的频率进行控制。具体的，控制器104可以根据储能变流器102的功率信息以及第一频率调节控制以及第二频率调节控制，实现对储能变流器102输出电压的频率的调整。
作为一种可能的实施方式，参阅图3所示，图3为一种储能系统的结构示意图三；储能系统还包括：功率接收电路107，用于：接收储能变流器102发送的功率信息；所述控制器104，还用于：根据储能变流器102的功率信息，控制储能变流器102输出电压的频率至目标频率。
如此，则无需为每个储能变流器102均配置一个对应的功率检测电路，仅使用功率接收电路107，就可以接收由储能变流器102发送的功率信息，并将接收到的功率信息发送至控制器104，控制器104可以根据储能变流器102的功率信息以及第一频率调节控制以及第二频率调节控制，可实现对储能变流器102输出电压的频率的调整，既能降低检测成本，还可以识别出孤岛现象。
作为一种可能的实施方式，所述控制器104，具体用于：根据储能变流器102的功率信息、第一频率调节控制的权重以及第二频率调节控制的权重，调整调制波信号的大小，并将调制波信号发送给储能变流器102的驱动电路，以调节储能变流器102输出电压的频率。
其中，储能变流器102的驱动电路中可以包括虚拟同步发电机(virtualsynchronous generator，VSG)，可模拟同步发电机的运行机理。具体的，其主要通过模拟同步发电机的本体模型、有功调频以及无功调压等特性，使储能变流器102输出的电压从运行机制和对外特性上与传统同步发电机相比拟。VSG的本质是通过控制储能变流器102模拟同步发电机的工作原理，从而获得类似同步发电机的运行特性。其中，电网105在正常运行时，其负载总是经常波动的，虚拟同步发电机的功率也会随之相应的变化。随着负载的波动，需要对励磁电流进行调节以维持机端或系统中某一点的电压在给定的水平。
控制器104具体可根据频率误差值，控制所述第一频率调节控制以及所述第二频率调节控制的调节权重。并与储能变流器102的功率信息进行叠加，从而可以得到驱动电路虚拟同步发电机的内电势的电压幅值参考，以调节储能变流器102输出电压的频率。
其中，在虚拟同步发电机的内电势的电压幅值参考后，通过内电势电压幅值闭环控制，得到调制波，调制波与载波信号比较后可生成驱动信号，将驱动信号发送给储能变流器102中的开关器件，储能变流器102中的开关器件在上述驱动信号的控制下调整其导通时序，从而调整储能变流器102输出的有功功率值。
上述储能变流器102中均可以包括多个开关器件，开关器件可以为MOSFET，双极结型管(bipolar junction transistor，BJT)，绝缘栅双极型晶体管(insulated gatebipolar transistor，IGBT)，碳化硅(SiC)功率管等多种类型的开关器件中的一种或多种，本申请实施例对此不再一一列举。若储能变流器102中包括的开关器件为MOS管，储能变流器102可以与MOS管的栅极连接，从通过控制MOS管的通断来调整储能变流器102输出的有功功率值；若储能变流器102中的开关管为BJT，储能变流器102可以与BJT的基极连接，从通过控制BJT的通断来调整储能变流器102输出的有功功率值。
作为一种可能的实施方式，控制器104，具体用于：根据储能变流器102与所述电网连接一侧的电压和电流，将储能变流器102输出电压的频率向所述第一方向调节，以使储能变流器102增加的有功负载变小；或者，根据储能变流器102与所述电网连接一侧的电压和电流，将储能变流器102输出电压的频率向所述第二方向调节，以使储能变流器102降低的有功负载变大。
其中，参阅图4所示，图4为储能变流器进行频率调节示意图。电网105的额定频率用ωN表示，储能变流器102输出的频率值ωE(内电势角频率)，电网频率和储能变流器102输出电压的频率之差为△ω，在第一处理单元401中，将ωN和ωE的差值作为第一频率差值信号后，再对频率差值信号进行指定系数(例如下垂系数m)相乘处理，然后根据处理后的第一频率调节控制的第一权重，调整储能变流器102第一功率参考值△Pref，在第二处理单元402中，将ωN和ωE的差值作为第二频率差值信号后，再对频率差值信号进行指定系数(例如反下垂系数F(w))相乘处理，然后根据处理后的第二频率调节控制的第二权重，调整储能变流器102第二功率参考值△Panti。
而后将第一功率参考值△Pref以及第二功率参考值△Panti输入到第三处理单元403，将第一功率参考值△Pref、第二功率参考值△Panti继续与以及储能变流器102的功率信息Pfed作差，并将得到的差值作为虚拟惯量1/Js的输入，然后对输出值与ωN的叠加结果进行限幅处理得到限幅结果，用ω’E表示。再对限幅处理后的结果进行积分(用1/s表示积分过程)处理，得到储能变流器102的输出电压的频率参考信号θE。其中，还可以将ω’E与锁相回路的角速度ωpll的差值作为阻尼Damp的输入，将阻尼Damp的输出作为阻尼功率的反馈值。
在第一功率参考值△Pref大于第二功率参考值△Panti时，第一功率参考值△Pref对应的第一频率调节控制对频率调节起到主要作用，储能变流器102输出特性体现为下垂特性，以调节储能变流器102输出电压的频率至所述电网的基准频率。在第一功率参考值△Pref小于第二功率参考值△Panti时，第二功率参考值△Panti对应的第二频率调节控制对频率调节起到主要作用，储能变流器102输出特性体现为反下垂特性，以调节储能变流器102输出电压的频率至所述至目标频率。在此仅是举例说明，本申请不限定对上述实施例的第一权重、第二权重、下垂系数以及反下垂系数的具体数值要求，本领域技术人员可根据实际情况进行调整。
在未发生孤岛现象时，储能变流器102体现频率-有功下垂体特性，而在并网频率偏差较小时的下垂特性，使得储能变流器102仍体现为频率-有功下垂特性；而在发生孤岛现象时，离网频率偏差较大，使得储能变流器102体现为频率-有功反下垂特性。
储能变流器102以虚拟同步发电的方式进行组网运行时，其带有一定的有功负载。在有功负载增加时，会引起电网105频率的下降，控制器104通过下垂特性的作用，使储能变流器102自动增加有功，从而提升出力，当储能变流器102的出力与负载的相对关系逐渐变化，储能变流器102输出电压的频率也将逐渐提升，而在频率提升后，储能变流器102增大的有功负载的幅度也会变小，从而最终形成稳定状态。
在有功负载Pload增加时，会引起电网105频率ω下降，通过下垂特性的作用，储能变流器102Ppcs的出力会增加，因此，最终储能变流器102输出电压的频率也将逐渐提升，完成动态平衡。
控制器104通过反下垂特性的作用，使储能变流器102自动减小有功，从而降低出力，当储能变流器102的出力与负载的不匹配程度则继续变大，储能变流器102输出电压的频率也将继续下降，而在频率下降后，储能变流器102降低的有功负载的幅度也会越大，从而将储能变流器102输出电压的频率逐渐接近至电网105基准频率，从而最终形成稳定状态。
在有功负载Pload增加时，会引起电网频率ω下降，通过反下垂特性的作用，储能变流器102Ppcs的出力会减小，因此，最终储能变流器102输出电压的频率也将逐渐远离电网105基准频率，从而最终形成动态失衡。
在控制器104的第一频率调节控制和第二频率调节控制同时执行的时候，谁的频率调节作用更强，则储能变流器102体现为谁的输出特性。
作为一种可能的实施方式，控制器104还用于在检测出目标储能变流器发生孤岛现象后，关闭目标储能变流器，或，在检测出目标储能变流器发生孤岛现象后，将目标储能变流器切换至离网运行状态。
具体的，在控制器104检测出目标储能变流器发生孤岛现象时，控制器可选择目标储能变流器关机，从而完成防孤岛保护动作；或者控制器也可以使目标储能变流器切换至离网运行，实现并离网切换。
示例性的，参阅图5所示，图5为控制器检测储能变流器的波形示意图。在电网105跳网时，储能变流器102输出发电功率之和与负荷功率平衡，入网电流可以接近于为0A，在跳网的瞬间，频率和电压均不变，而在控制器104的作用下频率逐渐偏离电网基准频率。并且在储能变流器102输出的电压调节至目标频率的过程中，储能变流器102输出的电压不变，在储能变流器102输出电压的频率调节至目标频率时，控制器104可以检测到储能变流器102发生了孤岛现象。
本申请适用于其它新能源发电系统的并网架构中，例如，风力发电系统和水利发电系统等，上述新能源系统中均为配置储能变流器，用于将产生的电能并网的应用场景，也适用于大型储能的应用场景、中小型分布式储能应用场景等。在此仅是举例说明，本申请并不限定具体的应用场景。可选地，本申请也适用于新能源发电系统的离网场景中。
本申请提供的不依赖于电压幅值的突变和功率的突变来检测是否出现孤岛现象，而通过控制器104根据预设的固有反下垂特性将储能变流器输出电压的频率之间拉开至目标频率，并且在拉开过程中和最终运行频率下，整个储能变流器的运行都是稳定的，而在检测到孤岛现象时，控制器可关闭储能变流器，从而完成防孤岛保护动作，也可以控制器储能变流器进行离网运行，从而实现并离网的切换。
基于同一构思，本申请提供一种孤岛检测方法，应用于上述实施例所述的储能系统100，所述储能系统包括至少一个储能单元、至少一个储能变流器、频率检测电路以及控制器；所述至少一个储能单元与所述至少一个储能变流器一一对应连接，所述至少一个储能变流器中的任一个储能变流器用于将对应的储能单元输入的直流电转换为交流电输出给电网，所述方法包括：对储能变流器执行第一频率调节控制以及第二频率调节控制，并根据所述储能变流器输出电压的频率与目标频率的频率差值，调节所述第一频率调节控制以及所述第二频率调节控制的权重，来控制所述储能变流器输出电压的频率至目标频率，以检测所述储能变流器发生孤岛现象，其中，所述第一频率调节控制用于将储能变流器输出电压的频率向第一方向调节，所述第一方向为趋向所述电网基准频率的调节方向，所述第二频率调节控制用于将储能变流器输出电压的频率向第二方向调节，所述第二方向为远离所述电网基准频率的调节方向。
基于同一构思，本申请还提供一种光伏系统，其包括：至少一个光伏组件、至少一个变流器、频率检测电路以及控制器；所述至少一个光伏组件与所述至少一个变流器一一对应连接，所述至少一个变流器中的任一个变流器用于将对应的光伏组件输入的直流电转换为交流电输出给电网；频率检测电路，用于：检测变流器输出电压的频率；所述控制器，用于：对变流器执行第一频率调节控制以及第二频率调节控制，并根据所述变流器输出电压的频率与目标频率的频率差值，调节所述第一频率调节控制以及所述第二频率调节控制的权重，来控制变流器输出电压的频率至目标频率，以检测变流器发生孤岛现象，其中，所述第一频率调节控制用于将变流器输出电压的频率向第一方向调节，所述第一方向为趋向所述电网基准频率的调节方向，所述第二频率调节控制用于将变流器输出电压的频率向第二方向调节，所述第二方向为远离所述电网基准频率的调节方向。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例的流程或功能。计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(digitalsubscriber line，DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包括一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、或者半导体介质(例如固态硬盘(solid statedisk，SSD))等。
本申请实施例还提供一种可读存储介质，用于存储上述实施例提供的方法或算法。例如，随机存取存储器(random access memory，RAM)、闪存、只读存储器(read onlymemory，ROM)、EPROM存储器、非易失性只读存储器(Electronic Programmable ROM，EPROM)、寄存器、硬盘、可移动磁盘或本领域中其它任意形式的存储媒介。
本申请实施例中所描述的方法或算法的步骤可以直接嵌入控制装置。控制装置可以包括RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘或本领域中其它任意形式的存储媒介，用于存储本申请实施例提供的方法或算法的步骤。示例性地，存储媒介可以与控制装置中的处理模块或者处理器(或控制器)连接，以使得处理模块、处理器(或控制器)可以从存储媒介中读取信息，并可以向存储媒介存写信息。可选地，存储媒介还可以集成到处理模块、处理器(或控制器)中。

Claims (10)

1.一种储能系统，其特征在于，包括至少一个储能单元、至少一个储能变流器、频率检测电路以及控制器；
所述至少一个储能单元与所述至少一个储能变流器一一对应连接，所述至少一个储能变流器中的任一个储能变流器用于将对应的储能单元输入的直流电转换为交流电输出给电网；
所述频率检测电路，用于：检测储能变流器输出电压的频率；
所述控制器，用于：对储能变流器执行第一频率调节控制以及第二频率调节控制，并根据所述储能变流器输出电压的频率与目标频率的频率差值，调节所述第一频率调节控制以及所述第二频率调节控制的权重，来控制所述储能变流器输出电压的频率至目标频率，以检测所述储能变流器发生孤岛现象，其中，所述第一频率调节控制用于将储能变流器输出电压的频率向第一方向调节，所述第一方向为趋向所述电网基准频率的调节方向，所述第二频率调节控制用于将储能变流器输出电压的频率向第二方向调节，所述第二方向为远离所述电网基准频率的调节方向。
2.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述储能系统还包括：功率检测电路，用于：检测储能变流器与所述电网连接一侧的电压和电流，以获取储能变流器的功率信息；
所述控制器，还用于：根据储能变流器的功率信息，控制储能变流器输出电压的频率至目标频率。
3.根据权利要求2所述的储能系统，其特征在于，所述控制器，还用于：
根据储能变流器输出电压的频率与目标频率的频率差值，调节所述第一频率调节控制以及所述第二频率调节控制的权重；
根据储能变流器的功率信息、所述第一频率调节控制的权重以及所述第二频率调节控制的权重，控制储能变流器输出电压的频率至目标频率，以检测储能变流器发生孤岛现象。
4.根据权利要求3所述的储能系统，其特征在于，所述控制器，具体用于：
根据储能变流器的功率信息、所述第一频率调节控制的权重以及所述第二频率调节控制的权重，调整调制波信号的大小，并将调制波信号发送给储能变流器的驱动电路，以调节储能变流器输出电压的频率。
5.根据权利要求3或4所述的储能系统，其特征在于，所述控制器，具体用于：
根据储能变流器与所述电网连接一侧的电压和电流，将储能变流器输出电压的频率向所述第一方向调节，以使储能变流器增加的有功负载变小；或者，根据储能变流器与所述电网连接一侧的电压和电流，将储能变流器输出电压的频率向所述第二方向调节，以使储能变流器降低的有功负载变大。
6.根据权利要求1-5任一所述的储能系统，其特征在于，所述控制器，具体用于：
若调节后的所述第一频率调节控制的调节权重大于所述第二频率调节控制的调节权重，则将储能变流器输出电压的频率向所述第一方向调节，若调节后的所述第一频率调节控制的调节权重小于所述第二频率调节控制的调节权重，则将储能变流器输出电压的频率向所述第二方向调节。
7.根据权利要求1-6任一所述的储能系统，其特征在于，所述控制器，具体用于：在储能变流器与所述电网存在电连接时，将所述第一频率调节控制的权重调节至大于所述第二频率调节控制的权重。
8.根据权利要求1-7任一所述的储能系统，其特征在于，所述控制器，具体用于：在储能变流器与所述电网断开连接时，将所述第一频率调节控制的权重调节至小于所述第二频率调节控制的权重。
9.根据权利要求1-8任一所述的储能系统，其特征在于，所述控制器，还用于：
在检测出目标储能变流器发生孤岛现象后，关闭目标储能变流器，或，在检测出目标储能变流器发生孤岛现象后，将目标储能变流器切换至离网运行状态。
10.一种孤岛检测方法，应用于储能系统，所述储能系统包括至少一个储能单元、至少一个储能变流器、频率检测电路以及控制器；所述至少一个储能单元与所述至少一个储能变流器一一对应连接，所述至少一个储能变流器中的任一个储能变流器用于将对应的储能单元输入的直流电转换为交流电输出给电网，其特征在于，所述方法包括：
对储能变流器执行第一频率调节控制以及第二频率调节控制，并根据所述储能变流器输出电压的频率与目标频率的频率差值，调节所述第一频率调节控制以及所述第二频率调节控制的权重，来控制所述储能变流器输出电压的频率至目标频率，以检测所述储能变流器发生孤岛现象，其中，所述第一频率调节控制用于将储能变流器输出电压的频率向第一方向调节，所述第一方向为趋向所述电网基准频率的调节方向，所述第二频率调节控制用于将储能变流器输出电压的频率向第二方向调节，所述第二方向为远离所述电网基准频率的调节方向。
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