一种一体化混合储能装置及其控制方法制造方法及图纸

一种一体化混合储能装置，所述一体化混合储能装置的拓扑结构为多电平的链式H桥结构或MMC结构，包括：三个单相或六个单桥臂；当所述一体化混合储能装置的拓扑结构为链式H桥结构时，三个单相通过星接或角接连接在一起；当所述一体化混合储能装置的拓扑结构为MMC结构时，三个单桥臂星接后与另外三个单桥臂星接后并联在一起；本发明专利技术的一体化混合储能装置应对新型电力系统的特点从拓扑结构、运行模式到装置控制等方面能从多时间尺度上对电力系统频率调节及电压调节提供有力的支撑，可满足多应用场合的需求，对源网荷良性互动与互补，提高电力系统稳定性。电力系统稳定性。电力系统稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种一体化混合储能装置及其控制方法


[0001]本专利技术涉及涉及电力系统领域，具体涉及一种一体化混合储能装置及其控制方法。

技术介绍

[0002]新型电力系统需最大化消纳可再生能源，新型电力系统的基础仍是交流同步运行机制，为确保能源电力安全，满足经济社会发展电力需求，新型电力系统需要新型数字技术与传统技术深度融合，以源网荷储互动与多能互补为支撑，提高电力系统稳定性。
[0003]传统频率控制环节主要包括一次调频、二次调频、三次调频。一次调频在系统出现功率扰动后即开始动作，以频率偏移为代价换取系统的实时功率平衡；二次调频通过自动发电控制重新分配调度计划内的机组出力，以消除一次调频的频率偏移；三次调频则是通过重新配置整个系统的运行备用容量和爬坡能力，恢复系统的二次调频能力。笼统而言，二次调频和三次调频都可视为辅助调频，在维持一次调频能力的同时，前者侧重经济性、后者侧重可靠性。可再生能源渗透比例的逐年递增不断地挑战上述传统调频机制，给传统电力系统的安全稳定运行带来了严峻的挑战，改善高渗透率可再生能源并网的频率调节特性是目前各国电力系统亟待解决的焦点问题。
[0004]在传统大型电力系统中，对应不同的时间尺度，系统电压调节依靠改变发电机励磁、变压器抽头位置调整电压，发生较大故障时，无功缺额较大，电压不能快速恢复，严重时可能导致电压崩溃；通过投切电容/电抗器来调压，无法实现连续调压，且不宜频繁投切，可能发生电压调节需求和无功就地平衡需求相悖的工况；大规模新能源、直流接入后替代了传统的发电机组，电网的动态无功储备会降低，暂态电压调节能力明显减弱，故障后吸收大量无功，进一步降低了电网暂态稳定性。
[0005]由于新能源的间歇性、随机性和负荷的持续变动性，新型电力系统需在电网中配置一定容量的储能设备，通过灵活快速调整有功/无功功率的吞吐，可以起到平抑负荷波动、提高供电可靠性、改善电能质量、保持系统稳定性的重要作用。现有的储能介质可以分为能量型和功率型2类，前者以铅酸电池、锂电池和钠硫电池为代表，能量密度大、功率密度小、循环次数少、响应速度慢；后者以超级电容器、超导磁储能和飞轮储能为代表，功率密度大、能量密度小、循环次数多、响应速度快。单一的储能介质功率密度和能量密度不能兼容，高温性能和低温性能不能兼容，工作倍率和循环寿命不能协同，时间尺度相对单一，无法满足所有应用场合的需求。
[0006]目前混合储能系统的拓扑结构主要有两种：被动式构型和主动式构型。以电池和超级电容为例，被动式构型电池与超级电容直接并联到功率总线上，具有结构简单、成本低等优点。但此拓扑结构下，超级电容与电池电压相同，导致超级电容的容量得不到充分利用，储能系统整体性能较差，因此，需要加入双向DC/DC变换器才能发挥两种储能源相结合的优势。相较于被动式构型，主动式构型加入了两个双向DC/DC变换器，可以灵活控制电池和超级电容的充放电功率，使储能装置的容量被充分利用。但同时此构型成本大幅提高，控
制策略复杂，能量传输效率有所下降。
[0007]现阶段混合储能装置结构及控制并未考虑应对新型电力系统的特点：(1)其结构多为低压两电平/三电平拓扑，电压等级低，单机容量小，难以完成对新型电力系统的主动支撑功能；(2)其工作模式也未从多时间尺度考虑，无法在不同时段提供不同功能的有力支撑，且装置故障时，没有足够的控制裕度。本专利技术的一体化混合储能装置应对新型电力系统的特点从拓扑结构、运行模式到装置控制等方面能从多时间尺度上对电力系统频率调节及电压调节提供有力的支撑，可满足多应用场合的需求，对源网荷良性互动与互补，提高电力系统稳定性。

技术实现思路

[0008]为了解决现有技术中单一的储能介质功率密度和能量密度不能兼容，高温性能和低温性能不能兼容，工作倍率和循环寿命不能协同，时间尺度相对单一，无法满足所有应用场合的需求的问题，本专利技术提出了一种一体化混合储能装置，所述一体化混合储能装置的拓扑结构为多电平的链式H桥结构或MMC结构，包括：三个单相或六个单桥臂；
[0009]当所述一体化混合储能装置的拓扑结构为链式H桥结构时，三个单相通过星接或角接连接在一起；
[0010]当所述一体化混合储能装置的拓扑结构为MMC结构时，三个单桥臂星接后与另外三个单桥臂星接后并联在一起。
[0011]优选的，所述单相或单桥臂，包括：多个功率模块和电感；
[0012]多个功率模块级联后与所述电感串联；
[0013]所述功率模块在所述链式H桥结构中为全桥子模块；
[0014]所述功率模块在所述MMC结构中为全桥子模块或半桥子模块；
[0015]其中，所述功率模块包括：普通子模块、电池子模块和超容子模块。
[0016]优选的，所述普通子模块为无功型子模块。
[0017]优选的，所述电池子模块为能量型子模块。
[0018]优选的，所述超容子模块为功率型子模块。
[0019]优选的，所述能量型子模块采用连接电感作为接口电路。
[0020]优选的，所述功率型子模块采用功率可双向流动的Buck
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Boost型DCDC模块作为接口电路。
[0021]基于同一专利技术构思，本专利技术还提出了一种一体化混合储能装置的控制方法，包括：
[0022]获取输出有功功率指令值P
ref
；
[0023]将所述输出有功功率指令值P
ref
输入预先构建的控制模型，输出普通子模块参考电压调制信号带电池储能元件的子模块参考电压调制信号和带超级电容的子模块参考电压调制信号
[0024]基于所述普通子模块参考电压调制信号所述带电池储能元件的子模块参考电压调制信号和所述带超级电容的子模块参考电压调制信号分别触发普通子模块、电池子模块和超容子模块；
[0025]其中，所述控制模型是基于系统级控制通道和装置级控制通道构建得到的。
[0026]优选的，所述控制模型的构建，包括：
[0027]基于一体化混合储能装置的有功
‑
频率控制和无功
‑
电压控制确定的运算模块和控制环，构建系统级控制通道；
[0028]基于一体化混合储能装置的三种功率模块的装置级控制确定的运算模块和控制环，构建装置级控制通道；
[0029]将所述输出有功功率指令值P
ref
作为输入，经过所述系统级控制通道和所述装置级控制通道得到普通子模块、电池子模块和超容子模块对应的触发信号；
[0030]其中，所述运算模块包括：功率电压计算模块、转子运动方程模块、变流器内电势合成模块、并网点电压指令计算模块和调制波计算模块；
[0031]所述控制环包括：有功功率控制环、无功电压控制环、准同期控制环、并网点电压控制环、有功/无功分配环、电容电压均衡控制环和SOC均衡控制环。
[0032]优选的，所述基于一体化混合储能装置的有功
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频率控制和无功
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电压控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种一体化混合储能装置，其特征在于，所述一体化混合储能装置的拓扑结构为多电平的链式H桥结构或MMC结构，包括：三个单相或六个单桥臂；当所述一体化混合储能装置的拓扑结构为链式H桥结构时，三个单相通过星接或角接连接在一起；当所述一体化混合储能装置的拓扑结构为MMC结构时，三个单桥臂星接后与另外三个单桥臂星接后并联在一起。2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述单相或单桥臂，包括：多个功率模块和电感；多个功率模块级联后与所述电感串联；所述功率模块在所述链式H桥结构中为全桥子模块；所述功率模块在所述MMC结构中为全桥子模块或半桥子模块；其中，所述功率模块包括：普通子模块、电池子模块和超容子模块。3.根据权利要求2所述装置，其特征在于，所述普通子模块为无功型子模块。4.根据权利要求2所述装置，其特征在于，所述电池子模块为能量型子模块。5.根据权利要求2所述装置，其特征在于，所述超容子模块为功率型子模块。6.根据权利要求4所述装置，其特征在于，所述能量型子模块采用连接电感作为接口电路。7.根据权利要求5所述装置，其特征在于，所述功率型子模块采用功率可双向流动的Buck
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Boost型DCDC模块作为接口电路。8.一种一体化混合储能装置的控制方法，其特征在于，包括：获取输出有功功率指令值P
ref
；将所述输出有功功率指令值P
ref
输入预先构建的控制模型，输出普通子模块参考电压调制信号带电池储能元件的子模块参考电压调制信号和带超级电容的子模块参考电压调制信号基于所述普通子模块参考电压调制信号所述带电池储能元件的子模块参考电压调制信号和所述带超级电容的子模块参考电压调制信号分别触发普通子模块、电池子模块和超容子模块；其中，所述控制模型是基于系统级控制通道和装置级控制通道构建得到的。9.根据权利要求8所述方法，其特征在于，所述控制模型的构建，包括：基于一体化混合储能装置的有功
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频率控制和无功
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电压控制确定的运算模块和控制环，构建系统级控制通道；基于一体化混合储能装置的三种功率模块的装置级控制确定的运算模块和控制环，构建装置级控制通道；将所述输出有功功率指令值P
ref
作为输入，经过所述系统级控制通道和所述装置级控制通道得到普通子模块、电池子模块和超容子模块对应的触发信号；其中，所述运算模块包括：功率电压计算模块、转子运动方程模块、变流器内电势合成模块、并网点电压指令计算模块和调制波计算模块；所述控制环包括：有功功率控制环、无功电压控制环、准同期控制环、并网点电压控制
环、有功/无功分配环、电容电压均衡控制环和SOC均衡控制环。10.根据权利要求9所述方法，其特征在于，所述基于一体化混合储能装置的有功
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频率控制和无功
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电压控制确定的运算模块和控制环，构建系统级控制通道，包括：基于一体化混合储能装置的有功
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频率控制和无功
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电压控制，确定包括有功功率控制环、功率电压计算模块、转子运动方程模块、无功电压控制环、变流器内电势合成模块、并网点电压指令计算模块、准同期控制环和并网点电压控制环的系统级控制通道；由所述有功功率控制环、功率电压计算模块、转子运动方程模块、无功电压控制环、变流器内电势合成模块、并网点电压指令计算模块、准同期控制环和并网点电压控制环确定系统级控制通道。11.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：李兰芳，李岩宽，金雪芬，季建辉，李奇南，张帆，郭高朋，
申请(专利权)人：南瑞集团有限公司，
类型：发明
国别省市：