【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于储能系统控制，尤其涉及一种高压大容量混合级联型直流直挂储能系统及其控制方法。
技术介绍
1、本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
2、随着新能源发电的渗透比例在现代电力系统中逐年增加，新能源的间歇性与随机性带来的问题日益突出。电池储能系统（battery energy storage system, bess）作为提高新能源发电系统利用率的有效手段，将在电力系统中发挥越来越重要的功能。功率转换系统（power conversion system, pcs）作为bess与电力系统间的接口，是bess的核心组成部分, 其不仅决定了储能系统输出电能质量和动态特性，也影响着电池使用寿命。基于是否通过工频变压器升压并网，pcs可分为工频升压型换流器并联结构和高压直挂式换流器拓扑。工频升压型换流器占地体积较大，且由于升压变的影响，输出效率较低，且多并子系统（即多串储能pcs的并联）间易引发并联失稳问题。而高压直挂型pcs无需升压变，提高效率节省投资；高度模块化结构便于进行扩容及冗余设计，从而可实现电池储能功率变换的高效率、高可靠性、大容量化与安全性需求，在中高压大功率储能系统领域发展前景广阔。
3、高压直挂型pcs目前广泛应用链式h桥结构，其中bess储能电池模块化分散接入h桥的子模块中，虽然链式储能拓扑在经济性与效率上相比于工频升压型换流器拓扑提升较大，但由于该拓扑交直流难以解耦，控制方式十分复杂，子模块电池组之间及其对地的寄生电容形成很多共模电流通路，需解决其
技术实现思路
1、为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种高压大容量混合级联型直流直挂储能系统及其控制方法，所述方案实现了交直流天然解耦，可有效降低控制策略复杂度，且不存在低频脉动换流器问题，易于实现容量扩展；另外，所述系统可实现开关管低投切频率特性，大大降低设备运行损耗，同时，有效降低开关故障频率，提升开关器件使用寿命。
2、根据本专利技术实施例的第一个方面，提供了一种高压大容量混合级联型直流直挂储能系统，包括若干并联设置的单串储能装置，所述单串储能装置包括级联的电压支撑储能单元和压差补偿储能单元，其中，所述电压支撑储能单元由若干半桥储能子模块级联构成；所述压差补偿储能单元由若干电压可控储能子模块级联构成；所述半桥储能子模块通过在半桥子模块并联的电容后直接并联电池组构成；所述电压可控储能子模块通过在半桥子模块并联双向直流变换器，并在双向直流变换器负载侧接入电池组构成。
3、进一步的，所述电压支撑储能单元用于支撑直流母线电压，所述压差补偿储能单元用于补偿压差实现定直流电压控制。
4、进一步的，所述电压支撑储能单元中，其半桥子模块由igbt和反并联二极管构成的两个开关器件构成。
5、进一步的，所述压差补偿储能单元中，所述双向直流变换器采用双向buck-boost直流变换器；所述双向buck-boost直流变换器包括由igbt和反并联二极管构成的两个串联的开关器件以及一个高频电抗器。
6、进一步的，所述半桥子模块的两个开关器件并联有电容，在所述电压支撑储能单元中，所述电容用于滤波；在所述压差补偿储能单元中，所述电容用于滤波以及对双向直流变换器进行能量提供。
7、根据本专利技术实施例的第二个方面，提供了一种高压大容量混合级联型直流直挂储能系统的控制方法，其用于上述的高压大容量混合级联型直流直挂储能系统，所述方法包括：
8、电压支撑储能单元控制策略：基于开环控制确定所需半桥储能子模块的投入数量；基于所述投入数量，按照半桥储能子模块的电池 soc排序结果以及电流流向，选择对应数量的半桥储能子模块进行接入；
9、压差补偿储能单元控制策略：基于电压外环实现电压可控储能子模块的定直流电压控制,其中，基于电压外环pi控制后流经电池组的电流给定值与电池组电流实际值作差后，经电流内环pi输出占空比，并经高频pwm调制后输出压差补偿储能单元的阀控信号，基于所述阀控信号进行压差补偿储能单元内电压可控储能子模块的控制。
10、进一步的，所述基于开环控制确定所需半桥储能子模块的投入数量，具体采用如下公式：
11、
12、其中，为半桥储能子模块的投入数量，、为所投入可控储能子模块与半桥储能子模块的电容电压平均值， udcref为直流母线电压参考值，floor为下降取整函数。
13、进一步的，所述按照半桥储能子模块的电池 soc排序结果以及电流流向，选择对应数量的半桥储能子模块进行接入，具体为：当电流为流入储能系统时，判断最大值与最小值 soc差值大小，若差值大于预设阈值，则启动 soc排序控制，优先投入 soc较小的半桥储能子模块；当电流为流出储能装置时，判断最大值与最小值 soc差值大小，若差值大于预设阈值，则启动 soc排序控制，优先投入 soc较大的半桥储能子模块。
14、进一步的，在所述压差补偿储能单元控制策略中，所述电压可控储能子模块的数量占总储能子模块数量比值，需满足如下约束：
15、
16、其中， nv为电压可控储能子模块投入个数， n为总储能子模块数量， dmin为电压可控储能子模块中buck-boost电路最小占空比， ηcu为直流电压抬升最大波动率。
17、进一步的，所述控制方法还包括对于混合级联型直流直挂储能系统中单串储能装置之间的均衡控制，具体包括：根据 soc差值极性与大小，向电压可控储能子模块控制电压外环中电压参考值注入不平衡压差，从而分配直流电流流入每个单串储能装置的分量。
18、以上一本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.高压大容量混合级联型直流直挂储能系统，其特征在于，包括若干并联设置的单串储能装置，所述单串储能装置包括级联的电压支撑储能单元和压差补偿储能单元，其中，所述电压支撑储能单元由若干半桥储能子模块级联构成；所述压差补偿储能单元由若干电压可控储能子模块级联构成；所述半桥储能子模块通过在半桥子模块并联的电容后直接并联电池组构成；所述电压可控储能子模块通过在半桥子模块并联双向直流变换器，并在双向直流变换器负载侧接入电池组构成。
2.如权利要求1所述的高压大容量混合级联型直流直挂储能系统，其特征在于，所述电压支撑储能单元用于支撑直流母线电压，所述压差补偿储能单元用于补偿压差实现定直流电压控制。
3.如权利要求1所述的高压大容量混合级联型直流直挂储能系统，其特征在于，所述电压支撑储能单元中，其半桥子模块由IGBT和反并联二极管构成的两个开关器件构成。
4.如权利要求1所述的高压大容量混合级联型直流直挂储能系统，其特征在于，所述压差补偿储能单元中，所述双向直流变换器采用双向Buck-boost直流变换器；所述双向Buck-boost直流变换器包括由IGBT和
5.如权利要求1所述的高压大容量混合级联型直流直挂储能系统，其特征在于，所述半桥子模块的两个开关器件并联有电容，在所述电压支撑储能单元中，所述电容用于滤波；在所述压差补偿储能单元中，所述电容用于滤波以及对双向直流变换器进行能量提供。
6.高压大容量混合级联型直流直挂储能系统的控制方法，其特征在于，其用于如权利要求1-5任一项所述的高压大容量混合级联型直流直挂储能系统，所述方法包括：
7.如权利要求6所述的高压大容量混合级联型直流直挂储能系统的控制方法，其特征在于，所述基于开环控制确定所需半桥储能子模块的投入数量，具体采用如下公式：
8.如权利要求6所述的高压大容量混合级联型直流直挂储能系统的控制方法，其特征在于，所述按照半桥储能子模块的电池SOC排序结果以及电流流向，选择对应数量的半桥储能子模块进行接入，具体为：当电流为流入储能系统时，判断最大值与最小值SOC差值大小，若差值大于预设阈值，则启动SOC排序控制，优先投入SOC较小的半桥储能子模块；当电流为流出储能装置时，判断最大值与最小值SOC差值大小，若差值大于预设阈值，则启动SOC排序控制，优先投入SOC较大的半桥储能子模块。
9.如权利要求6所述的高压大容量混合级联型直流直挂储能系统的控制方法，其特征在于，在所述压差补偿储能单元控制策略中，所述电压可控储能子模块的数量占总储能子模块数量比值，需满足如下约束：
10.如权利要求6所述的高压大容量混合级联型直流直挂储能系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括对于混合级联型直流直挂储能系统中单串储能装置之间的均衡控制，具体包括：根据SOC差值极性与大小，向电压可控储能子模块控制电压外环中电压参考值注入不平衡压差，从而分配直流电流流入每个单串储能装置的分量。
...【技术特征摘要】
1.高压大容量混合级联型直流直挂储能系统，其特征在于，包括若干并联设置的单串储能装置，所述单串储能装置包括级联的电压支撑储能单元和压差补偿储能单元，其中，所述电压支撑储能单元由若干半桥储能子模块级联构成；所述压差补偿储能单元由若干电压可控储能子模块级联构成；所述半桥储能子模块通过在半桥子模块并联的电容后直接并联电池组构成；所述电压可控储能子模块通过在半桥子模块并联双向直流变换器，并在双向直流变换器负载侧接入电池组构成。
2.如权利要求1所述的高压大容量混合级联型直流直挂储能系统，其特征在于，所述电压支撑储能单元用于支撑直流母线电压，所述压差补偿储能单元用于补偿压差实现定直流电压控制。
3.如权利要求1所述的高压大容量混合级联型直流直挂储能系统，其特征在于，所述电压支撑储能单元中，其半桥子模块由igbt和反并联二极管构成的两个开关器件构成。
4.如权利要求1所述的高压大容量混合级联型直流直挂储能系统，其特征在于，所述压差补偿储能单元中，所述双向直流变换器采用双向buck-boost直流变换器；所述双向buck-boost直流变换器包括由igbt和反并联二极管构成的两个串联的开关器件以及一个高频电抗器。
5.如权利要求1所述的高压大容量混合级联型直流直挂储能系统，其特征在于，所述半桥子模块的两个开关器件并联有电容，在所述电压支撑储能单元中，所述电容用于滤波；在所述压差补偿储能单元中，所述电容用于滤波以及对双向直流变换器进行能量提供。
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