一种飞轮储能装置的高低压穿越控制系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种飞轮储能装置的高低压穿越协同控制系统，飞轮储能装置网侧变流装置工作于恒压模式，当监测到电网网压达到高低压穿越阈值后限制有功功率并全力发出无功功率支撑电网；机侧变流装置工作于恒功率模式，当监测到直流母线电压失稳到达阈值后转变为恒压模式，同时限制有功功率上限。电网网压恢复后，网侧变流装置和机侧变流装置依次恢复初始运行模式；本发明专利技术实现了无需添加额外的协调控制设备，利用机侧变流装置、网侧变流装置自身的采样及控制系统进行自动协调、自动控制，保证了并网点电压在区域内发生突变时，飞轮储能装置具备不脱网、连续运行的能力。连续运行的能力。连续运行的能力。

【技术实现步骤摘要】
一种飞轮储能装置的高低压穿越控制系统


[0001]本专利技术涉及一种飞轮储能装置的高低压穿越控制系统，属于于电力电子


技术介绍

[0002]在碳达峰、碳中和国家战略目标驱动下，储能作为支撑新型电力系统的重要技术和基础装备，其规模化发展已成为必然趋势。在几种储能方式中，飞轮储能相比电池储能、超级电容储能具有充放电次数高、接近零维护、无需复杂的消防系统等优势，在后续储能规模化应用中的比例也会得到显著提高。
[0003]根据相关国家标准的要求，并网点电压在区域内发生突变时，储能系统应具备不脱网、连续运行的能力。然而国内现阶段关于大功率飞轮储能装置的应用几乎没有，在提出飞轮储能装置的高、低压穿越需求时，缺乏机测变流装置和网侧变流装置二者之间的协同控制逻辑。如CN 104682764 A仅研究网侧变流器的有功与无功功率的控制，不适用于需要网侧变流器和机侧变流器同时参与高、低压穿越功率控制的储能系统。CN 115051390 A阐述了基于输出电压参考值和零序电压，生成功率器件脉冲信号实现功率分配，保证系统低电压穿越运行能力，但未涉及机测变流装置和网侧变流装置的协同控制逻辑。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种飞轮储能装置的高低压穿越控制系统，解决了
技术介绍
中披露的电网电压发生突变时大功率飞轮储能装置控制策略不足的问题，无需添加额外的协调控制设备，运用设备本身的采样及控制系统实现工程应用。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术所要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种飞轮储能装置的高低压穿越控制系统，实时监测6kV～35kV电网，当监测到6kV～35kV电网的电压在区域内发生突变并达到高压穿越或者低压穿越的启动阈值时，控制飞轮储能装置发出或吸收无功功率支撑电网，保证不脱网，连续运行；
[0007]一种飞轮储能装置的高低压穿越控制系统，包括升压变压器、网侧变流装置和机侧变流装置；网侧变流装置的额定电压为400V，通过升压变压器连接至6kV～35kV电网，机侧变流装置的直流侧连接网侧变流装置，交流侧连接飞轮储能装置飞轮储能装置；
[0008]升压变压器1将400V电压升至6kV～35kV。
[0009]网侧变流装置包括交流开关QF1、充电电路、滤波电路、第一双向变流单元Q1、第一直流支撑电容C1和直流输出开关QF2；交流开关QF1为三相开关；充电电路包括充电开关K1和充电电阻，充电开关K1为三相开关，充电开关K1的三相电路中各连接有充电电阻，滤波电路包括滤波电阻RC1和滤波电感L1；第一直流支撑电容C1并联连接在第一双向变流单元Q1的两端，滤波电感L1连接第一双向变流单元Q1，交流开关QF1与滤波电感L1串联连接，充电电路与交流开关QF1并联连接；
[0010]机侧变流装置包括第二双向变流单元Q2、第二直流支撑电容C2和交流输出开关QF3；
[0011]直流输出开关QF2为双向开关，直流输出开关QF2连接在机侧变流装置的直流侧，第二直流支撑电容C2并联连接在第二双向变流单元Q2的两端；交流输出开关QF3连接在第二双向变流单元Q2与飞轮储能装置之间；
[0012]飞轮储能装置包括磁悬浮装置及飞轮本体。
[0013]网侧变流装置的控制系统包括正负序计算器、判断器、第一电流控制器和第一信号发生器；
[0014]正负序计算器器连接升压变压器的输入端，正负序计算器器分离出400V电网电压的负序分量e
a
和正序分量e
b
，负序分量e
a
和正序分量e
b
作为输入传入判断器；
[0015]判断器根据负序分量e
a
和正序分量e
b
判断是否进入或退出高低压穿越，当400V电网电压标幺值U
T
≥1.1，进入高压穿越；当400V电网电压标幺值U
T
≤0.85，进入低压穿越；
[0016]较优地，高压穿越的启动阈值为130％Un，低压穿越的启动阈值为85％Un，Un为额定电压值400V；
[0017]若判断器判断进入低压穿越，第一电流控制器根据式(1)或者(2)得到无功电流I
T
，将无功电流I
T
传入第一信号发生器：
[0018]当0.2<U
T
≤0.85，I
T
＝1.6
×
(0.85
‑
U
T
)I
N
(1)
[0019]当U
T
≤0.2，I
T
＝1.04
×
I
N
(2)
[0020]U
T
表示储能变流器并网点电压标幺值；
[0021]I
N
表示储能变流器额定电流；
[0022]若判断器判断进入高压穿越时，第一电流控制器根据式(3)得到无功电流I
T
，传入第一信号发生器：
[0023]I
T
＝1.5
×
(U
T
‑
1.1)I
N (3)
[0024]所述第一信号发生器用于形成第一双向变流单元Q1的驱动脉冲信号；所述驱动信号为PWM导通信号，PWM导通信号用以控制第一双向变流单元Q1的开关管导通，网侧变流装置向电网侧发出无功电流；
[0025]机侧变流装置的控制系统包括电压控制器、输出限幅器、第二电流控制器和第二信号发生器；所述电压控制器用于监测并控制直流侧电压，输出第二电流控制器的d、q轴参考电流Id
‑
ref、Iq
‑
ref，将参考电流Id
‑
ref、Iq
‑
ref传入输出限幅器；所述输出限幅器用于限制d轴参考电流Id
‑
ref不超过限幅器限制机侧变流装置3的输出电流I0，将输出电流I0传入第二电流控制器；所述第二电流控制器根据d、q轴参考电流Id
‑
ref、Iq
‑
ref输出用于形成PWM脉冲的电压信号传给第二信号发生器；第二信号发生器形成PWM导通信号，控制第二双向变流单元Q2的开关管导通，实现对直流侧电压的控制。
[0026]网侧变流装置初始工作于恒压模式，控制电压为U1，当400V电网电压发生跌落时，启动低压穿越功能，进入无功优先控制模式，记录此时判断器输出的有功参考电流Idref并停止有功电流输出；网侧变流装置以不超过1.2倍自身的额定功率值S
N
发出无功功率保证网侧变流装置继续工作不脱网；所述无功优先控制模式根据将Idref值置0，仅输出无功参考电流Iqref；其中Idref、Iqref为判断器输出的有功参考电流、无功参考电流，In为额定电流；
[0027]当电网发生过压时，网侧变流装置启动高压穿越功能，进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种飞轮储能装置的高低压穿越控制系统，其特征在于：实时监测6kV～35kV电网，当监测到6kV～35kV电网的电压在区域内发生突变并达到高压穿越或者低压穿越的启动阈值时，控制飞轮储能装置发出或吸收无功功率支撑电网，实现不脱网连续运行；包括升压变压器(1)、网侧变流装置(2)和机侧变流装置(3)；网侧变流装置(2)的额定电压为400V，通过升压变压器(1)连接至6kV～35kV电网，机侧变流装置(3)的直流侧连接网侧变流装置(2)，交流侧连接飞轮储能装置(4)；升压变压器(1)将400V电压升至6kV～35kV。2.根据权利要求1所述的一种飞轮储能装置的高低压穿越控制系统，其特征在于：网侧变流装置(2)包括交流开关QF1、充电电路、滤波电路、第一双向变流单元Q1、第一直流支撑电容C1和直流输出开关QF2；交流开关QF1为三相开关；充电电路包括充电开关K1和充电电阻，充电开关K1为三相开关，充电开关K1的三相电路中各连接有充电电阻，滤波电路包括滤波电阻RC1和滤波电感L1；第一直流支撑电容C1并联连接在第一双向变流单元Q1的两端，滤波电感L1连接第一双向变流单元Q1，交流开关QF1与滤波电感L1串联连接，充电电路与交流开关QF1并联连接；机侧变流装置(3)包括第二双向变流单元Q2、第二直流支撑电容C2和交流输出开关QF3；直流输出开关QF2为双向开关，直流输出开关QF2连接在机侧变流装置的直流侧，第二直流支撑电容C2并联连接在第二双向变流单元Q2的两端；交流输出开关QF3连接在第二双向变流单元Q2与飞轮储能装置(4)之间。3.根据权利要求1所述的一种飞轮储能装置的高低压穿越控制系统，其特征在于：网侧变流装置(2)的控制系统包括正负序计算器、判断器、第一电流控制器和第一信号发生器；所述正负序计算器器连接升压变压器(1)的输入端，正负序计算器器分离出400V电网电压的负序分量e
a
和正序分量e
b
，负序分量e
a
和正序分量e
b
作为输入传入判断器；所述判断器根据负序分量e
a
和正序分量e
b
判断是否进入或退出高低压穿越，当400V电网电压标幺值U
T
≥1.1，进入高压穿越；当400V电网电压标幺值U
T
≤0.85，进入低压穿越；若判断器判断进入低压穿越，第一电流控制器根据式(1)或者(2)得到无功电流I
T
，将无功电流I
T
传入第一信号发生器：当0.2<U
T
≤0.85，I
T
＝1.6
×
(0.85
‑
U
T
)I
N
(1)当U
T
≤0.2，I
T
＝1.04
×
I
N
(2)U
T
表示储能变流器并网点电压标幺值；I
N
表示储能变流器额定电流；若判断器判断进入高压穿越时，第一电流控制器根据式(3)得到无功电流I
T
，传入第一信号发生器：I
T
＝1.5
×
(U
T
‑
1.1)I
N (3...

【专利技术属性】
技术研发人员：桑佳楠，李佳窈，郭伟，杨轶成，谢磊，李冰，王荣兴，
申请(专利权)人：南京国电南自新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：