本发明专利技术公开一种混合储能系统，包括N个低压升压储能系统和M个高压直挂储能系统，所述低压升压储能系统与高压直挂储能系统的输出侧并联在同一段交流母线；所述低压升压储能系统包括低压储能变流器、第一控制器；所述高压直挂储能系统包括数个高压直挂储能变流器和第二控制器；所述混合储能系统还包括协调控制器，其与第一控制器、第二控制器建立通信，并下发控制指令。本发明专利技术还公开一种协调控制方法，控制所述混合储能系统工作在快速功率响应模式、分级投入模式、孤岛运行模式、黑启动模式这几种模式。此种技术方案能够充分发挥高压直挂储能系统和低压升压储能系统两种储能系统的优势，并能够在实现稳定控制的前提下，灵活实现系统功能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于大功率电力电子变流，特别涉及一种混合储能系统，以及该混合储能系统的协调控制方法。
技术介绍
1、构建以新能源为主体的新型电力系统的关键在于提升系统的灵活性。储能作为重要的调节资源,对于促进新能源高比例消纳、保障电力安全供应和提高电力系统运行效率有着重要的意义。
2、大量的新能源接入使得电力系统中的频率稳定性问题越来越受到关注，要求储能系统能够快速向电网提供大量有功功率，支撑系统频率稳定，即要求具备一次调频、惯性支撑能力，常规储能系统为低压升压型，其储能变流器为单机型，容量相对较小，通常经过升压变压器后再并联接入系统，升压变压器的存在相当于增加了储能系统与电网之间的阻抗，对有功功率的响应速度造成不利影响；另一方面，大规模的低压型储能变流器需要协调工作，在有功功率突变的情况下，储能变流器之间容易产生短时的环流。
3、近年来，高压直挂储能变流器被提出，并实现了工程应用，高压直挂储能变流器采用链式多电平结构，储能单元直接与子模块的直流侧连接，可以省去变压器，直接连接电网，与低压方案相比换流器电压等级高、单机容量大，且没有变压器的连接阻抗问题，有利于实现对电网的快速功率支撑。但是高压直挂储能系统由于单机容量大，配置灵活性方面不如低压储能系统，一旦变流器发生故障，将整体停运。因此，现有技术储能变流器解决方案各有利弊。
技术实现思路
1、本专利技术的目的，在于提供一种混合储能系统，能够充分发挥高压直挂储能系统和低压升压储能系统两种储能系统的优势。
>2、本专利技术的另一目的，在于提供一种混合储能系统的协调控制方法，提供四种工作模式，能够在实现稳定控制的前提下，灵活实现系统功能。3、为了达成上述目的，本专利技术的解决方案是：
4、一种混合储能系统，包括n个低压升压储能系统和m个高压直挂储能系统，m和n均为大于等于1的整数，所述低压升压储能系统与高压直挂储能系统的输出侧并联在同一段交流母线；
5、所述低压升压储能系统包括低压储能变流器、电池单元和升压变压器，其中，电池单元的输出端连接升压变压器的输入端，升压变压器的输出端作为低压升压储能系统的输出端；所述低压升压储能系统还包括第一控制器；
6、所述高压直挂储能系统包括数个高压直挂储能变流器，各所述高压直挂储能变流器包含电感和p个子模块，p为大于等于3的整数，p个子模块同向串联后，其负端作为高压直挂储能变流器的负端，其正端连接电感的一端，电感的另一端作为该高压直挂储能变流器的正端；所有高压直挂储能变流器的负端短接，各高压直挂储能变流器的正端作为高压直挂储能系统的输出端；所述各高压直挂储能系统还包括有第二控制器；
7、所述混合储能系统还包括协调控制器，其与第一控制器、第二控制器建立通信，并下发控制指令，控制指令包括控制模式和指令值。
8、上述m和n的大小关系是n>m。
9、上述协调控制器发生故障时，由第二控制器作为协调控制器分配控制指令。
10、上述子模块包括电池、接口电路、直流电容、全桥电路和旁路开关，其中，电池的正极连接接口电路的一端，接口电路的另一端连接直流电容的正极，直流电容的负极连接至电池的负极；所述直流电容的正极还连接全桥电路的正输入端，直流电容的负极连接全桥电路的负输入端；所述全桥电路的正输出端和负输出端分别作为所述子模块的正极和负极，所述全桥电路的正输出端和负输出端之间还连接有旁路开关。
11、上述全桥电路由四组功率半导体器件构成。
12、上述高压直挂储能变流器的单机容量大于低压储能变流器的单机容量。
13、如前所述的一种混合储能系统的协调控制方法，控制所述混合储能系统工作在如下几种模式：
14、快速功率响应模式，在此模式下，所述协调控制器优先将功率指令下发给第二控制器；
15、分级投入模式，在此模式下，所述协调控制器根据总的功率指令选择部分第二控制器或第一控制器下发指令，其他储能系统待机；
16、孤岛运行模式，在此模式下，所述协调控制器向第二控制器下发定电压控制指令以及电压给定值，向第一控制器下发功率指令；
17、黑启动模式，在此模式下，所述协调控制器优先向第二控制器下发黑启动命令，高压直挂储能系统启动完成后，继续向第一控制器下发黑启动命令。
18、上述快速功率响应模式应用于电力系统一次调频或惯性支撑的需求，根据系统频率计算功率指令。
19、上述分级投入模式下，优先投入容量较大的高压直挂储能变流器或低压储能变流器。
20、上述黑启动模式下，向最先发送黑启动命令的高压直挂储能变流器对应的第二控制器同时下发定电压控制指令以及电压给定值。
21、采用上述方案后，本专利技术提供的混合储能系统包含高压直挂储能系统和低压升压储能系统两种类型，结合了两种储能系统的优势，高压直挂储能系统无变压器，单机容量大，可实现对电网的快速有功功率支撑；低压储能系统配置灵活；本专利技术通过协调控制器对两类储能系统实时下发指令进行协调控制，可以充分发挥两类储能系统优势。
22、本申请提供的协调控制方法包含四种模式：快速功率响应模式实现了对电力系统快速功率支撑，分级投入模式有利于提升储能系统的稳态运行效率；孤岛运行模式下明确提出了将高压直挂储能变流器控制为定电压模式的主从运行方案，黑启动模式下提出了先启动高压直挂储能变流器，再启动向低压储能变流器的逻辑，在协调控制中将高压直挂储能变流器定义为“主”，低压储能变流器定义为“从”，符合二者的容量配置规律。四种模式相结合，在实现稳定控制的前提下，灵活实现了系统功能。
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【技术保护点】
1.一种混合储能系统，其特征在于：包括N个低压升压储能系统和M个高压直挂储能系统，M和N均为大于等于1的整数，所述低压升压储能系统与高压直挂储能系统的输出侧并联在同一段交流母线；
2.如权利要求1所述的一种混合储能系统，其特征在于：所述M和N的大小关系是N>M。
3.如权利要求1所述的一种混合储能系统，其特征在于：所述协调控制器发生故障时，由第二控制器作为协调控制器分配控制指令。
4.如权利要求1所述的一种混合储能系统，其特征在于：所述子模块包括电池、接口电路、直流电容、全桥电路和旁路开关，其中，电池的正极连接接口电路的一端，接口电路的另一端连接直流电容的正极，直流电容的负极连接至电池的负极；所述直流电容的正极还连接全桥电路的正输入端，直流电容的负极连接全桥电路的负输入端；所述全桥电路的正输出端和负输出端分别作为所述子模块的正极和负极，所述全桥电路的正输出端和负输出端之间还连接有旁路开关。
5.如权利要求4所述的一种混合储能系统，其特征在于：所述全桥电路由四组功率半导体器件构成。
6.如权利要求1所述的一种混合储能系统，其特征在于：所述高压直挂储能变流器的单机容量大于低压储能变流器的单机容量。
7.如权利要求1所述的一种混合储能系统的协调控制方法，其特征在于：控制所述混合储能系统工作在如下几种模式：
8.如权利要求7所述的协调控制方法，其特征在于：所述快速功率响应模式应用于电力系统一次调频或惯性支撑的需求，根据系统频率计算功率指令。
9.如权利要求7所述的协调控制方法，其特征在于：所述分级投入模式下，优先投入容量较大的高压直挂储能变流器或低压储能变流器。
10.如权利要求7所述的协调控制方法，其特征在于：所述黑启动模式下，向最先发送黑启动命令的高压直挂储能变流器对应的第二控制器同时下发定电压控制指令以及电压给定值。
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【技术特征摘要】
1.一种混合储能系统，其特征在于：包括n个低压升压储能系统和m个高压直挂储能系统，m和n均为大于等于1的整数，所述低压升压储能系统与高压直挂储能系统的输出侧并联在同一段交流母线；
2.如权利要求1所述的一种混合储能系统，其特征在于：所述m和n的大小关系是n>m。
3.如权利要求1所述的一种混合储能系统，其特征在于：所述协调控制器发生故障时，由第二控制器作为协调控制器分配控制指令。
4.如权利要求1所述的一种混合储能系统，其特征在于：所述子模块包括电池、接口电路、直流电容、全桥电路和旁路开关，其中，电池的正极连接接口电路的一端，接口电路的另一端连接直流电容的正极，直流电容的负极连接至电池的负极；所述直流电容的正极还连接全桥电路的正输入端，直流电容的负极连接全桥电路的负输入端；所述全桥电路的正输出端和负输出端分别作为所述子模块的正极和负极，所述全桥电路的正输出端和负输出端之间还连...
【专利技术属性】
技术研发人员：任正，窦宇宇，刘春晖，陈更，王宇，谢晔源，盛晓东，苟建民，丁勇，张茂强，
申请(专利权)人：国网内蒙古东部电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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