一种直挂式储能系统并离网快速平滑切换方法技术方案

本发明专利技术公开了一种直挂式储能系统并离网快速平滑切换方法，包括：当需要从离网运行模式切换至并网运行模式时，闭合预同步开关S

【技术实现步骤摘要】
一种直挂式储能系统并离网快速平滑切换方法


[0001]本专利技术属于储能系统领域，具体涉及一种直挂式储能系统并离网快速平滑切换方法。

技术介绍

[0002]直挂式储能系统的技术性和经济性优势之一体现在其离网与并网双模式运行能力以及两种运行模式间的无缝切换能力。当电网由故障恢复正常运行或直挂式储能系统根据其能量管理需要接入电网时，应尽快将直挂式储能系统重新并入电网，切换至并网运行模式。在离网模式下，虚拟同步发电机模型会根据负载情况自动调节输出端电压的频率和幅值，具有下垂特性。因此，虚拟同步发电机模型的频率与电网频率之间会存在偏差，在时间的累积作用下会表现为相位偏差。如果在虚拟同步发电机模型输出端电压与电网电压相位不同步的时刻闭合并网开关，很可能会引起冲击电流，造成切换失败。因此在并网前，需要进行预同步。并网无缝切换是保证直挂式储能系统逆变器稳定不间断运行的关键技术。

技术实现思路

[0003]本专利技术提出一种直挂式储能系统并离网快速平滑切换方法。本专利技术目的是使直挂式储能系统根据其能量管理需要接入电网时，能实现由离网转为并网的快速平滑切换。
[0004]本专利技术具体为一种直挂式储能系统并离网快速平滑切换方法，实施步骤下：
[0005]步骤1，当需要从离网运行模式切换至并网运行模式时，闭合预同步开关S
syn
，将预同步单元投入；
[0006]步骤2，预同步单元会产生一个角速度偏差反馈ω
syn
，将其与根据转子运动方程得到的角速度相加，作为用于控制的角速度；
[0007]步骤3，当检测到虚拟功率P
syn
等于0，即虚拟同步发电机模型输出电压与电网电压之间实现同步时，合闸并网，同时断开预同步开关S
syn
，将预同步单元切除；
[0008]步骤4，为了避免预同步开关S
syn
闭合瞬间，虚拟功率P
syn
经PI调节器后的调节量对电压波形的影响，在PI调节器后加一个小惯性环节，用于平滑预同步开关S
syn
闭合瞬间调节量产生的冲击；
[0009]步骤5，当虚拟同步发电机模型输出电压u和电网电压u
g
的幅值和相位完全一致时，虚拟功率P
syn
等于0。通过对虚拟功率进行闭环控制，实现虚拟同步发电机模型输出电压与电网电压之间的同步，从而实现离网转并网的快速平滑切换。
[0010]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0011]本专利技术提供出了一种直挂式储能系统并离网快速平滑切换方法，该控制方法在中压直挂式储能系统由离网转为并网时，实现快速平滑切换。当虚拟同步发电机模型输出电压u和电网电压u
g
的幅值和相位完全一致时，虚拟功率P
syn
等于0。该控制方法通过对虚拟功率进行闭环控制，实现虚拟同步发电机模型输出电压与电网电压之间的同步，从而实现离网转并网的快速平滑切换。
附图说明
[0012]图1是并离网切换控制框图。
[0013]图2是储能系统拓扑结构。
[0014]图3是离网切换至并网时的仿真波形。
具体实施方式
[0015]为更好地说明本专利技术所提供的技术方案，下面将结合附图对本专利技术的具体实施方式做进一步地介绍。
[0016]图1为并离网切换控制框图，并离网快速平滑切换方法具体步骤如下：
[0017]步骤1，当需要从离网运行模式切换至并网运行模式时，闭合预同步开关S
syn
，将预同步单元投入；
[0018]步骤2，预同步单元会产生一个角速度偏差反馈ω
syn
，将其与根据转子运动方程得到的角速度相加，作为用于控制的角速度；
[0019]步骤3，当检测到虚拟功率P
syn
等于0，即虚拟同步发电机模型输出电压与电网电压之间实现同步时，合闸并网，同时断开预同步开关S
syn
，将预同步单元切除；
[0020]步骤4，为了避免预同步开关S
syn
闭合瞬间，虚拟功率P
syn
经PI调节器后的调节量对电压波形的影响，在PI调节器后加一个小惯性环节，用于平滑预同步开关S
syn
闭合瞬间调节量产生的冲击；
[0021]步骤5，当虚拟同步发电机模型输出电压u和电网电压u
g
的幅值和相位完全一致时，虚拟功率P
syn
等于0。通过对虚拟功率进行闭环控制，实现虚拟同步发电机模型输出电压与电网电压之间的同步，从而实现离网转并网的快速平滑切换。
[0022]为验证并离网快速平滑切换效果，进行了离网转并网仿真。S1为并网合闸开关，储能系统的输出参考功率P
set
、Q
set
分别设置为1MW、0.5MVar，负荷Load功率设置为2MW、0.5MVar，其它仿真参数与表1一致，系统拓扑结构如图2所示。
[0023]表1仿真运行参数
[0024]系统额定电压10kV系统额定频率50Hz功率模块级联数10电池模块额定电压1100V逆变器侧滤波电感8mH电池侧滤波电容11mF
[0025]离网至并网模式切换瞬间的波形如图3所示。其中v
abc
为滤波后储能系统的输出电压，va为滤波后储能系统的a相输出电压，vga为电网a相电压，i
abc
为储能系统的输出电流，P和Q分别为储能系统实际输出的有功功率和无功功率，ω为VSG控制中的虚拟转速。初始状态时，系统运行于离网模式，储能系统独立带负载。1s时投入预同步单元，当检测到储能系统滤波后的输出电压与电网电压之间实现同步时(约1.13s时)，闭合S1，合闸并网。由仿真波形可知，在并网前，预同步环节使得储能系统输出电压与电网电压之间实现同步，有效地抑制了并网时刻的冲击电流，使得并离网切换能够成功进行。
[0026]需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实
体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0027]尽管已经示出和描述了本专利技术的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本专利技术的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本专利技术的范围由所附权利要求及其等同物限定。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直挂式储能系统并离网快速平滑切换方法，其特征在于，所述控制方法的步骤为：步骤1，当需要从离网运行模式切换至并网运行模式时，闭合预同步开关S
syn
，将预同步单元投入；步骤2，预同步单元会产生一个角速度偏差反馈ω
syn
，将其与根据转子运动方程得到的角速度相加，作为用于控制的角速度；步骤3，当检测到虚拟功率P
syn
等于0，即虚拟同步发电机模型输出电压与电网电压之间实现同步时，合闸并网，同时断开预同步开关S
syn
，将预同步单元切除；步...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡卫丰，胥峥，柏晶晶，李官军，李浩源，魏灵峰，陶以彬，陈国伟，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：