一种级联型储能系统多机并联虚拟同步控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种级联型储能系统多机并联虚拟同步控制系统及方法，首先根据每台级联型储能变流器的三相电压，电网有功功率给定指令，以及火电机组当前功率计算得到有功功率，与有功变化量相叠加得到总有功功率给定值，再计算得到有功/无功电流给定值，然后将功率变换单元的平均调制电压和均衡控制电压分量相叠加，得到总调制电压，最后计算得到各功率器件的脉冲驱动信号。本发明专利技术实现了多台级联型储能变流器高压直挂并联接入火电厂高厂变低压侧与火电机组联合调频运行，具有多机并联虚拟同步友好运行、大容量高效率快速响应、充放电双向调节、高度自均衡控制、高电能质量、便于集中调度调频的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种级联型储能系统多机并联虚拟同步控制系统及方法
本专利技术涉及一种级联型储能系统多机并联虚拟同步控制系统及方法，属于储能系统调频

技术介绍
目前，受大功率电力电子开关器件如IGBT、碳化硅器件等的最大耐压和最大电流参数的限制，单台储能变流器（powerconversionsystem，PCS）的功率一般不大于500kW，即0.5MW。这个功率级别的储能变流器应用于火储联合调频的场合是不够的，目前在工程实际中一般是多台变流器在低压交流侧并联运行，再通过多台升压变压器接入火电厂内6kV高厂变低压侧实现，不仅多了工频变压器升压环节，降低系统效率，而且由于分布式多台低压并联接入，调频速度受制于多台低压并联储能变流器之间的通信协调时间，调频速度较慢，一般为100ms左右，另外，现有储能变流器主要由电力电子器件构成，不具备惯性，不能对维持电网动态稳定性做出应有的贡献。因此，亟需提供一种用于火储联合调频的无变压器高压直挂，调频速度快、具有虚拟同步特性的大容量储能系统。
技术实现思路
为解决现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种级联型储能系统多机并联虚拟同步方法，实现多台级联型储能变流器高压直挂并联接入火电机组高厂变低压侧与火电机组联合调频运行。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种级联型储能系统多机并联虚拟同步控制系统，包括电池充电状态整体调节模块、均衡控制模块、虚拟同步功率计算模块、电流指令计算模块、电流矢量控制模块、载波相移正弦脉宽调制算法模块；所述电池充电状态整体调节模块基于储能电池簇荷电状态和给定充电状态SOCref，输出有功变化量deltaP2；所述虚拟同步功率计算模块基于每台级联型储能变流器自身交流输出侧的三相电压ua、ub和uc、电网有功功率给定指令Pagc以及火电机组当前功率Pfuel，输出有功功率P1；所述电流指令计算模块基于单台级联型储能变流器的总有功功率给定值Pref和电网无功功率给定指令Qagc，输出有功电流给定值id1和无功电流给定值iq1；所述电流矢量控制模块基于有功电流给定值id1和无功电流给定值iq1，输出a、b、c三相的每一相中的各链节功率变换单元的调制电压；所述均衡控制模块基于a、b、c三相中每一相的各链节储能电池簇荷电状态，输出a、b、c三相中每一相的各链节功率变换单元的均衡控制电压分量；所述通过载波相移正弦脉宽调制算法模块计算得到每台级联型储能变流器中a、b、c三相的每一串联链节的功率变换单元的各功率器件的脉冲驱动信号。级联型储能系统多机并联虚拟同步控制方法，包括以下步骤：1）根据每台级联型储能变流器自身交流输出侧的三相电压ua、ub和uc、电网有功功率给定指令Pagc以及火电机组当前功率Pfuel，经虚拟同步功率计算模块计算得到有功功率P1；2）根据储能电池簇荷电状态和给定充电状态SOCref，经电池充电状态整体调节模块计算得到有功变化量deltaP2；3）将有功功率P1与有功变化量deltaP2相叠加得到单台级联型储能变流器的总有功功率给定值Pref；4）总有功功率给定值Pref经电流指令计算模块计算得到有功电流给定值id1和无功电流给定值iq1；5）id1和iq1经电流矢量控制模块计算得到a、b、c每相的各链节功率变换单元的平均调制电压；6）根据a、b、c三相中每一相的各链节储能电池簇荷电状态，计算得到a、b、c三相中每一相的各链节功率变换单元的均衡控制电压分量；7）将所述步骤5）中，各链节功率变换单元的平均调制电压与所述步骤6）计算的均衡控制电压分量相叠加，得到a、b、c三相的每一相中的各链节功率变换单元的总调制电压；8）将各链节功率变换单元的总调制电压经载波相移正弦脉宽调制算法模块计算得到每台级联型储能变流器每一相中每一串联链节的功率变换单元的各功率器件的脉冲驱动信号。前述的步骤1）中，计算得到有功功率P1的具体过程如下：11）将每台级联型储能变流器自身交流输出侧的三相电压ua、ub和uc经锁相环PLL单元进行锁相计算，得到锁相角度theta和锁相频率f；同时，通过abc/dq单元，将abc三相静止坐标系下的三相电压ua、ub和uc进行矢量变换得到dq旋转坐标系下的电压矢量ud和uq；12）将计算得到的锁相频率f依次通过虚拟同步计算模块和第一限幅模块后得到虚拟同步有功变化量deltaP1，所述虚拟同步计算模块的计算为：当f与电网额定频率f0偏差的绝对值不超过deltaf时，deltaP0=0，当f与电网额定频率f0偏差的绝对值大于deltaf时，deltaP0=-J/f0*（df/dt）*P0其中，deltaP0为虚拟同步计算模块的输出量，f0为电网额定频率，J为虚拟同步惯性时间常数，df/dt为锁相频率f的微分，P0为每台级联型储能变流器自身的额定有功功率；13）电网有功功率给定指令Pagc与火电机组当前功率Pfuel作差后，除以级联型储能变流器台数N1得到每台级联型储能变流器的有功功率Pess；14）将有功功率Pess与虚拟同步有功变化量deltaP1相叠加得到有功功率P1。前述的步骤2）中，有功变化量deltaP2的计算如下：21）根据a、b、c三相中每个储能电池簇内部电池管理系统BMS检测得到的各链节储能电池簇荷电状态，通过加权平均得到单台级联型储能变流器中所有链节储能电池簇的平均充电状态SOC；22）将给定充电状态SOCref与平均充电状态SOC作差后，经PI调节模块和第二限幅模块后得到有功变化量deltaP2。前述的步骤4）中，电流指令计算模块计算如下：将单台级联型储能变流器的总有功功率给定值Pref除以1.5倍的电压矢量ud得到有功电流给定值id1，将电网无功功率给定指令Qagc除以1.5倍的电压矢量ud得到无功电流给定值iq1。前述的步骤5）中，各链节功率变换单元的平均调制电压计算如下：31）每台级联型储能变流器自身输出的a、b、c三相交流电流的采样值ia、ib、ic和锁相角度theta通过abc三相静止坐标系到dq旋转坐标系的矢量变换得到id和iq；32）id1与id的差值经过第一电流调节器后与d轴交叉解耦分量w*L*iq相减，再与ud相加后得到ud11；iq1与iq的差值经过第二电流调节器后与q轴交叉解耦分量w*L*id叠加，再与uq相加后得到uq11，其中，L为三相并网电抗器的电感值，w为电网额定角频率；33）ud11与uq11通过dq旋转坐标系到abc三相静止坐标系的矢量变换，得到a、b、c三相的每一相调制电压分别为ua11、ub11、uc11；34）ua11、ub11和uc11均除以每一相的储能电池簇个数N2，得到a、b、c三相的每一相中的各链节功率变换单元的平均调制电压。前述的步骤6）中，各链节功率变换单元的均衡控制电压分量计算如下：41）根据a、b、c三相中每个储能电池簇内部电池管理系统BMS检测得到的各链节储能电池簇荷电状态SOCa1、SOCa2……SOCaN2，SOCb1、SOCb2……SOCbN2，SOCc1、SOCc2……SOCcN2，通过相内加权平均得到a、b、c三相N2个储能电池簇的平均荷电状态值SOCa，SOCb，SOCc；42）计算得到a、b、c三相内各链节功率变换单元的均衡控制电压分量uan、ub本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种级联型储能系统多机并联虚拟同步控制系统，其特征在于，包括电池充电状态整体调节模块、均衡控制模块、虚拟同步功率计算模块、电流指令计算模块、电流矢量控制模块、载波相移正弦脉宽调制算法模块；所述电池充电状态整体调节模块基于储能电池簇荷电状态和给定充电状态SOCref，输出有功变化量deltaP2；所述虚拟同步功率计算模块基于每台级联型储能变流器自身交流输出侧的三相电压ua、ub和uc、电网有功功率给定指令Pagc以及火电机组当前功率Pfuel，输出有功功率P1；所述电流指令计算模块基于单台级联型储能变流器的总有功功率给定值Pref和电网无功功率给定指令Qagc，输出有功电流给定值id1和无功电流给定值iq1；所述电流矢量控制模块基于有功电流给定值id1和无功电流给定值iq1，输出a、b、c三相的每一相中的各链节功率变换单元的调制电压；所述均衡控制模块基于a、b、c三相中每一相的各链节储能电池簇荷电状态，输出a、b、c三相中每一相的各链节功率变换单元的均衡控制电压分量；所述通过载波相移正弦脉宽调制算法模块计算得到每台级联型储能变流器中a、b、c三相的每一串联链节的功率变换单元的各功率器件的脉冲驱动信号。...

【技术特征摘要】
1.一种级联型储能系统多机并联虚拟同步控制系统，其特征在于，包括电池充电状态整体调节模块、均衡控制模块、虚拟同步功率计算模块、电流指令计算模块、电流矢量控制模块、载波相移正弦脉宽调制算法模块；所述电池充电状态整体调节模块基于储能电池簇荷电状态和给定充电状态SOCref，输出有功变化量deltaP2；所述虚拟同步功率计算模块基于每台级联型储能变流器自身交流输出侧的三相电压ua、ub和uc、电网有功功率给定指令Pagc以及火电机组当前功率Pfuel，输出有功功率P1；所述电流指令计算模块基于单台级联型储能变流器的总有功功率给定值Pref和电网无功功率给定指令Qagc，输出有功电流给定值id1和无功电流给定值iq1；所述电流矢量控制模块基于有功电流给定值id1和无功电流给定值iq1，输出a、b、c三相的每一相中的各链节功率变换单元的调制电压；所述均衡控制模块基于a、b、c三相中每一相的各链节储能电池簇荷电状态，输出a、b、c三相中每一相的各链节功率变换单元的均衡控制电压分量；所述通过载波相移正弦脉宽调制算法模块计算得到每台级联型储能变流器中a、b、c三相的每一串联链节的功率变换单元的各功率器件的脉冲驱动信号。2.基于权利要求1所述的级联型储能系统多机并联虚拟同步控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1）根据每台级联型储能变流器自身交流输出侧的三相电压ua、ub和uc、电网有功功率给定指令Pagc以及火电机组当前功率Pfuel，经虚拟同步功率计算模块计算得到有功功率P1；2）根据储能电池簇荷电状态和给定充电状态SOCref，经电池充电状态整体调节模块计算得到有功变化量deltaP2；3）将有功功率P1与有功变化量deltaP2相叠加得到单台级联型储能变流器的总有功功率给定值Pref；4）总有功功率给定值Pref经电流指令计算模块计算得到有功电流给定值id1和无功电流给定值iq1；5）id1和iq1经电流矢量控制模块计算得到a、b、c每相的各链节功率变换单元的平均调制电压；6）根据a、b、c三相中每一相的各链节储能电池簇荷电状态，计算得到a、b、c三相中每一相的各链节功率变换单元的均衡控制电压分量；7）将所述步骤5）中，各链节功率变换单元的平均调制电压与所述步骤6）计算的均衡控制电压分量相叠加，得到a、b、c三相的每一相中的各链节功率变换单元的总调制电压；8）将各链节功率变换单元的总调制电压经载波相移正弦脉宽调制算法模块计算得到每台级联型储能变流器每一相中每一串联链节的功率变换单元的各功率器件的脉冲驱动信号。3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述步骤1）中，计算得到有功功率P1的具体过程如下：11）将每台级联型储能变流器自身交流输出侧的三相电压ua、ub和uc经锁相环PLL单元进行锁相计算，得到锁相角度theta和锁相频率f；同时，通过abc/dq单元，将abc三相静止坐标系下的三相电压ua、ub和uc进行矢量变换得到dq旋转坐标系下的电压矢量ud和uq；12）将计算得到的锁相频率f依次通过虚拟同步计算模块和第一限幅模块后得到虚拟同步有功变化量deltaP1，所述虚拟同步计算模块的计算为：当f与电网额定频率f0偏差的绝对值不超过deltaf时，deltaP0=0，当f与电网额定频率f0偏差的绝对值大于deltaf时，deltaP0=-J/f0*（df/dt）*P0其中，deltaP0为虚拟同步计算模块的输出量，f0为电网额定频率，J为虚拟同步惯性时间常数，df/dt为锁相频率f的微分，P0为每台级联型储能变流器自身的额定有功功率；13）电网有功功率给定指令Pagc与火电机组当前功率Pfuel作差后，除以级联型储能变流器台数N1得到每台级联型储能变流器的有功功率Pess；14）将有功功率Pess与虚拟同步有功变化量deltaP1相叠加...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑飞，刘松斌，姜筱锋，薛恒怀，李勇，
申请(专利权)人：威凡智能电气高科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32