CN117595335A - 一种构网型储能变流器并联运行的控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

一种构网型储能变流系统并联运行的控制方法及系统，包括：获取各储能单元的SOC状态值；基于预设的第一算法，获取有功功率分配系数和无功功率分配系数；获取逆变器的短路比，基于预设的第二算法，获取惯量系数；根据所述有功功率分配系数和无功功率分配系数，基于预设的第三算法，获取第一频率参考值和第一电压参考值；根据所述第一频率参考值和第一电压参考值对储能单元进行控制；根据所述第一频率参考值、第一电压参考值和惯量系数，基于预设的第四算法，获取第二频率参考值和第二电压参考值；根据所述第二频率参考值和第二电压参考值对逆变器进行控制。本发明通过基于储能系统SOC和变流系统SCR状态变化的配比环节和惯量控制，提高了系统稳定性。

Description

一种构网型储能变流器并联运行的控制方法及系统
技术领域
本发明涉及新能源控制技术领域，具体涉及一种构网型储能变流器并联运行的控制方法及系统。
背景技术
近年来随着能源危机、环境恶化等问题的日益加剧，风电、光伏等可再生能源的发展越来越受到人们的重视，然而这些可再生能源因自身固有的间歇性、波动性等特点，给电力系统的稳定运行及可靠供电带来一定负面影响。储能系统可以有效的解决新能源系统的波动性、随机性等技术问题，尤其是在海岛或者偏远地区的微网系统中，储能不仅仅能够平抑新能源系统带来的波动，还能够为微网系统提供变流电压和频率，成为系统稳定运行的关键部分。
与并网运行不同，因无大电网支撑且含间歇性、波动性及动态负荷，孤网运行时首要问题是保证系统电压幅值和频率的稳定，即维持公共母线电压幅值和频率的稳定。储能系统的接入为解决这些问题提供了一种有效的方式。
储能系统的构网型控制目前已逐步在新能源系统中得到应用，具备构网型功能的储能系统能够产生一个变流电压和频率，作为该系统中的电压源。在实际研究及应用中，为满足孤网中风能穿透比高或大容量负荷的要求，需要将多个储能系统并联构成并联型储能系统，但由于此时储能系统为构网型控制，每个储能对外均呈现电压源特性，因此其并联后的控制稳定性成为研究的关键问题。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是提供一种能提高系统稳定性的构网型储能变流器并联运行的控制方法及系统。
(二)技术方案
为解决上述问题，本发明提供了一种构网型储能变流系统并联运行的控制方法，所述储能变流系统包括若干个储能单元、以及与若干个储能单元连接的逆变器，每个储能单元通过变流器与逆变器的直流母线连接，所述方法包括：
获取各储能单元的SOC状态值；
根据所述各储能单元的SOC状态值，基于预设的第一算法，获取有功功率分配系数和无功功率分配系数；
获取逆变器的短路比，基于预设的第二算法，获取惯量系数；
根据所述有功功率分配系数和无功功率分配系数，基于预设的第三算法，获取第一频率参考值和第一电压参考值；
根据所述第一频率参考值和第一电压参考值对各储能单元进行控制；
根据所述第一频率参考值、第一电压参考值和惯量系数，基于预设的第四算法，获取第二频率参考值和第二电压参考值；
根据所述第二频率参考值和第二电压参考值对逆变器进行控制。
本发明的另一方面，优选地，根据所述各储能单元的SOC状态值，基于预设的第一算法，获取有功功率分配系数和无功功率分配系数，包括根据以下公式计算有功功率分配系数：
其中，SOCi为第i个储能单元的SOC，PR为所有储能单元的统一标称容量，以所有储能单元中最多的标准标称单元为准，Pi为第i个储能单元的标称容量，Ki为第i个储能单元的有功功率分配系数。
本发明的另一方面，优选地，根据所述各储能单元的SOC状态值，基于预设的第一算法，获取有功功率分配系数和无功功率分配系数，包括根据以下公式计算无功功率分配系数：
其中，SOCi为第i个储能单元的SOC，Pi为第i个储能单元的标称容量，Qi为第i个储能单元的无功功率。
本发明的另一方面，优选地，根据所述有功功率分配系数和无功功率分配系数，基于预设的第三算法，获取第一频率参考值和第一电压参考值，包括根据以下公式分别计算第一频率参考值和第一电压参考值：
Prefi＝Ki(PN-P)
Qrefi＝KQi(QN-Q)
其中，Prefi表示第i个储能单元的第一频率参考值，Qrefi表示第i个储能单元的第一电压参考值，PN为交流系统中逆变器的额定有功出力要求，P为交流系统中逆变器实测功率；QN为额定无功功率，Q为实际无功功率。
本发明的另一方面，优选地，基于预设的第二算法，获取惯量系数，包括根据以下公式计算惯量系数：
其中，Ks表示惯量系数，SCR表示逆变器的短路比。
本发明的另一方面，优选地，根据所述第一频率参考值、第一电压参考值和惯量系数，基于预设的第四算法，获取第二频率参考值和第二电压参考值，包括根据以下公式分别计算第二频率参考值和第二电压参考值：
其中，fref为第二频率参考值，f为实测频率；Uref为第二电压参考值。
本发明的另一方面，优选地，所述方法还包括：
根据预设的第五算法，对所述第二电压参考值进行修正。
本发明的另一方面，优选地，根据预设的第五算法，对所述第二电压参考值进行修正，包括根据以下公式计算第二电压参考值修正系数：
其中，Kf为修正系数，SCR表示逆变器的短路比。
本发明的另一方面，优选地，根据所述第二频率参考值和第二电压参考值对逆变器进行控制，包括：
利用所获得的第二频率参考值和第二电压参考值对逆变器进行功率外环控制。
本发明的另一方面，优选地，一种构网型储能变流器并联运行的控制系统，包括：
所述储能变流系统包括若干个储能单元、以及与若干个储能单元连接的逆变器，每个储能单元通过变流器与逆变器的直流母线连接，所述系统包括：
获取模块：获取各储能单元的SOC状态值；
第一计算模块：根据所述各储能单元的SOC状态值，基于预设的第一算法，获取有功功率分配系数和无功功率分配系数；
第二计算模块：获取逆变器的短路比，基于预设的第二算法，获取惯量系数；
第三计算模块：根据所述有功功率分配系数和无功功率分配系数，基于预设的第三算法，获取第一频率参考值和第一电压参考值；
第一控制模块：根据所述第一频率参考值和第一电压参考值对各储能单元进行控制；
第四计算模块：根据所述第一频率参考值、第一电压参考值和惯量系数，基于预设的第四算法，获取第二频率参考值和第二电压参考值；
第二控制模块：根据所述第二频率参考值和第二电压参考值对逆变器进行控制。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
本发明的控制方法，通过基于储能系统SOC和变流系统SCR状态变化的配比环节和惯量控制，提高了系统稳定性。
附图说明
图1是本发明一个实施例的整体流程图；
图2是本发明一个实施例的并联稳定控制主回路结构示意图；
图3是本发明一个实施例的控制系统示意图；
图4是本发明一个实施例的惯性控制环节示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
在附图中示出了根据本发明实施例的层结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
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他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。
实施例一
一种构网型储能变流系统并联运行的控制方法，所述储能变流系统包括若干个储能单元、以及与若干个储能单元连接的逆变器，每个储能单元通过变流器与逆变器的直流母线连接，图1示出了本发明一个实施例的整体流程图，如图1所示，所述方法包括：
获取各储能单元的SOC状态值；此处不限制获取各储能单元的SOC状态值的具体方法，各储能单元的SOC状态值即荷电状态，是各储能单元的剩余容量，其数值上定义为剩余容量占总容量的比值；
根据所述各储能单元的SOC状态值，基于预设的第一算法，获取有功功率分配系数和无功功率分配系数；此处不限制预设的第一算法的具体内容，可选的，本实施例中，根据所述各储能单元的SOC状态值，基于预设的第一算法，获取有功功率分配系数和无功功率分配系数，包括根据以下公式计算有功功率分配系数：
其中，SOCi为第i个储能单元的SOC，PR为所有储能单元的统一标称容量，以所有储能单元中最多的标准标称单元为准，Pi为第i个单元的标称容量，Ki为第i个储能单元的分配系数；
所述储能单元的分配系数为有功功率分配系数。
根据所述各储能单元的SOC状态值，基于预设的第一算法，获取有功功率分配系数和无功功率分配系数，包括根据以下公式计算无功功率分配系数，包括采用以下公式获取无功功率分配系数：
其中，SOCi为第i个储能单元的SOC，Pi为第i个单元的标称容量，Qi为第i个储能单元的无功功率。
考虑储能出力与储能容量密切相关，根据全储能系统各电池单元的SOC，动态调整各储能系统的有功出力。
获取逆变器的短路比，基于预设的第二算法，获取惯量系数；此处不限制获取变流器的短路比的具体方法，变流器的短路比(short-circuit ratio，SCR)是衡量其性能的一个重要参数，它定义为变流器输入短路电流与变流器最大连续输出电流的比值。这个比值反映了变流器在遇到短路故障时的保护能力。在电力电子变流器中，当输出电路发生短路时，短路电流会流过逆变器，使其发热并可能导致设备损坏。为了确保变流器的安全，需要限制其输出的最大电流，以确保即使在短路情况下也能保持安全。
短路比的计算公式为：
SCR＝(Isc短流电流)/(Io连续输出电流)
其中，Isc是变流器在短路测试中测得的短路电流，Io是变流器的最大连续输出电流。
这个比值越高，意味着变流器在短路时可以承受的电流越大，其保护能力也越强。通常，电力电子变流器的短路比一般在1.5到3之间，具体数值取决于设备的具体设计和使用条件。
为保障构网型储能与变流系统间的协同配合关系，增加了与变流系统强度关联的惯量控制环节。图4是示出了本发明一个实施例的惯性控制环节示意图，如图4所示，首先对功率偏差进行积分，积分后的值与惯量系数相乘，从而获得频率的参考值，
可选的，本实施例中，基于预设的第二算法，获取惯量系数，包括根据以下公式计算惯量系数：
其中，Ks表示惯量系数，SCR表示逆变器的短路比。
为保障构网型储能与变流系统间的协同配合关系，增加了与变流系统强度关联的惯量控制环节。
图2示出了本发明一个实施例的的并联稳定控制主回路结构示意图；图3示出了本发明一个实施例的控制系统示意图；如图2所示，本实施例中，主回路部分其包含了储能单元、逆变器和电压电流检测装置，主控制回路包括了PQ计算环节和主控制器环节；其中PQ计算环节通过检查的实际的电压和电流信息计算获得此时实时的有功功率和无功功率，主控制回路如图3所示，包括了功率外环，其中功率外环针对有功功率和无功功率分别控制；根据交流系统中逆变器的额定有功出力要求PN，交流系统中逆变器实测功率P；额定无功功率QN，实际无功功率Q；计算获取第一频率参考值Pref和第一电压参考值Qref；根据第一频率参考值Pref和惯量系数进一步计算第二频率参考值，根据第一电压参考值Qref进一步计算第二电压参考值；利用第二频率参考值和第二电压参考值对逆变器进行控制；可选的，本实施例中，
根据所述有功功率分配系数和无功功率分配系数，基于预设的第三算法，获取第一频率参考值和第一电压参考值；此处不限制第三算法的具体内容，可选的，本实施例中，根据所述有功功率分配系数和无功功率分配系数，基于预设的第三算法，获取第一频率参考值和第一电压参考值，包括根据以下公式分别计算第一频率参考值和第一电压参考值：
Prefi＝Ki(PN-P)
Qrefi＝KQi(QN-Q)
其中，Prefi表示第i个储能单元的第一频率参考值，Qrefi表示第i个储能单元的第一电压参考值，PN为交流系统中逆变器的额定有功出力要求，P为交流系统中逆变器实测功率；QN为额定无功功率，Q为实际无功功率。
根据所述第一频率参考值和第一电压参考值对储能单元进行控制；此处每个储能单元有相对应的第一频率参考值和第一电压参考值，每个储能单元根据相应的第一频率参考值和第一电压参考值通过交流器进行控制；
根据所述第一频率参考值、第一电压参考值和惯量系数，基于预设的第四算法，获取第二频率参考值和第二电压参考值；此处不限制第四算法的具体内容，可选的，本实施例中，根据所述第一频率参考值、第一电压参考值和惯量系数，基于预设的第四算法，获取第二频率参考值和第二电压参考值，包括根据以下公式分别计算第二频率参考值和第二电压参考值：
其中，fref为第二频率参考值，f为实测频率；Uref为第二电压参考值。
根据所述第二频率参考值和第二电压参考值对逆变器进行控制。现有技术为增强稳定性，主要在控制系统中增加了下垂功能，但仅考虑了储能SOC对于功率分配的影响，未考虑变流系统强度对于响应特性的影响，也没有考虑频率电压耦合带来的对系统稳定的影响。同时下垂系数的确定仅考虑了同容量的储能群，而实际系统中，储能电站存在不同容量的储能单元，必须充分考虑SOC差异带来的分配系数的差异。本实施例中，充分考虑SOC差异带来的分配系数的差异，提高系统的稳定性。
根据所述频率参考值和变流电压参考值对所述储能变流系统进行控制。
进一步的，所述方法还包括：根据预设的第四算法，对所述变流电压参考值进行修正。
进一步的，本实施例中，所述方法还包括根据预设的第五算法，对所述第二电压参考值进行修正，包括根据以下公式计算第二电压参考值修正系数：
其中，Kf为修正系数，SCR表示逆变器的短路比。为了消除频率变化对电压变化带来的影响，增加了频率引起的电压偏差的修正环节。
本实施例中，为保障构网型储能与变流系统间的协同配合关系，增加了与变流系统强度关联的惯量控制环节；充分考虑SOC差异带来的分配系数的差异，为了消除频率变化对电压变化带来的影响，本发明增加了频率引起的电压偏差的修正环节，整体提高系统的稳定性。
实施例二
一种构网型储能变流器并联运行的控制系统，包括：
所述储能变流系统包括若干个储能单元、以及与若干个储能单元连接的逆变器，每个储能单元通过变流器与逆变器的直流母线连接，所述系统包括：
获取模块：获取各储能单元的SOC状态值；
第一计算模块：根据所述各储能单元的SOC状态值，基于预设的第一算法，获取有功功率分配系数和无功功率分配系数；
第二计算模块：获取逆变器的短路比，基于预设的第二算法，获取惯量系数；
第三计算模块：根据所述有功功率分配系数和无功功率分配系数，基于预设的第三算法，获取第一频率参考值和第一电压参考值；
第一控制模块：根据所述第一频率参考值和第一电压参考值对储能单元进行控制；
第四计算模块：根据所述第一频率参考值、第一电压参考值和惯量系数，基于预设的第四算法，获取第二频率参考值和第二电压参考值；
第二控制模块：根据所述第二频率参考值和第二电压参考值对逆变器进行控制。
本实施例的控制系统，通过基于储能系统SOC和变流系统SCR状态变化的配比环节和惯量控制，提高了系统稳定性。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
以上参照本发明的实施例对本发明予以了说明。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替换和修改，这些替换和修改都应落在本发明的范围之内。
尽管已经详细描述了本发明的实施方式，但是应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明的实施方式做出各种改变、替换和变更。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种构网型储能变流系统并联运行的控制方法，其特征在于，所述储能变流系统包括若干个储能单元、以及与若干个储能单元连接的逆变器，每个储能单元通过变流器与逆变器的直流母线连接，所述方法包括：
获取各储能单元的SOC状态值；
根据所述各储能单元的SOC状态值，基于预设的第一算法，获取有功功率分配系数和无功功率分配系数；
获取逆变器的短路比，基于预设的第二算法，获取惯量系数；
根据所述有功功率分配系数和无功功率分配系数，基于预设的第三算法，获取第一频率参考值和第一电压参考值；
根据所述第一频率参考值和第一电压参考值对各储能单元进行控制；
根据所述第一频率参考值、第一电压参考值和惯量系数，基于预设的第四算法，获取第二频率参考值和第二电压参考值；
根据所述第二频率参考值和第二电压参考值对逆变器进行控制。
2.根据权利要求1所述的构网型储能变流器并联运行的控制方法，其特征在于，根据所述各储能单元的SOC状态值，基于预设的第一算法，获取有功功率分配系数和无功功率分配系数，包括根据以下公式计算有功功率分配系数：
其中，SOCi为第i个储能单元的SOC，PR为所有储能单元的统一标称容量，以所有储能单元中最多的标准标称单元为准，Pi为第i个储能单元的标称容量，Ki为第i个储能单元的有功功率分配系数。
3.根据权利要求2所述的构网型储能变流器并联运行的控制方法，其特征在于，根据所述各储能单元的SOC状态值，基于预设的第一算法，获取有功功率分配系数和无功功率分配系数，包括根据以下公式计算无功功率分配系数：
其中，SOCi为第i个储能单元的SOC，Pi为第i个储能单元的标称容量，Qi为第i个储能单元的无功功率。
4.根据权利要求3所述的构网型储能变流器并联运行的控制方法，其特征在于，根据所述有功功率分配系数和无功功率分配系数，基于预设的第三算法，获取第一频率参考值和第一电压参考值，包括根据以下公式分别计算第一频率参考值和第一电压参考值：
Prefi＝Ki(PN-P)
Qrefi＝KQi(QN-Q)
其中，Prefi表示第i个储能单元的第一频率参考值，Qrefi表示第i个储能单元的第一电压参考值，PN为交流系统中逆变器的额定有功出力要求，P为交流系统中逆变器实测功率；QN为额定无功功率，Q为实际无功功率。
5.根据权利要求1所述的构网型储能变流器并联运行的控制方法，其特征在于，基于预设的第二算法，获取惯量系数，包括根据以下公式计算惯量系数：
其中，Ks表示惯量系数，SCR表示逆变器的短路比。
6.根据权利要求5所述的构网型储能变流器并联运行的控制方法，其特征在于，根据所述第一频率参考值、第一电压参考值和惯量系数，基于预设的第四算法，获取第二频率参考值和第二电压参考值，包括根据以下公式分别计算第二频率参考值和第二电压参考值：
其中，fref为第二频率参考值，f为实测频率；Uref为第二电压参考值。
7.根据权利要求1所述的构网型储能变流器并联运行的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据预设的第五算法，对所述第二电压参考值进行修正。
8.根据权利要求7所述的构网型储能变流器并联运行的控制方法，其特征在于，根据预设的第五算法，对所述第二电压参考值进行修正，包括根据以下公式计算第二电压参考值修正系数：
其中，Kf为修正系数，SCR表示逆变器的短路比。
9.根据权利要求1所述的构网型储能变流器并联运行的控制方法，其特征在于，根据所述第二频率参考值和第二电压参考值对逆变器进行控制，包括：
利用所获得的第二频率参考值和第二电压参考值对逆变器进行功率外环控制。
10.一种构网型储能变流器并联运行的控制系统，其特征在于，包括：
所述储能变流系统包括若干个储能单元、以及与若干个储能单元连接的逆变器，每个储能单元通过变流器与逆变器的直流母线连接，所述系统包括：
获取模块：获取各储能单元的SOC状态值；
第一计算模块：根据所述各储能单元的SOC状态值，基于预设的第一算法，获取有功功率分配系数和无功功率分配系数；
第二计算模块：获取逆变器的短路比，基于预设的第二算法，获取惯量系数；
第三计算模块：根据所述有功功率分配系数和无功功率分配系数，基于预设的第三算法，获取第一频率参考值和第一电压参考值；
第一控制模块：根据所述第一频率参考值和第一电压参考值对各储能单元进行控制；
第四计算模块：根据所述第一频率参考值、第一电压参考值和惯量系数，基于预设的第四算法，获取第二频率参考值和第二电压参考值；
第二控制模块：根据所述第二频率参考值和第二电压参考值对逆变器进行控制。
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