基于电池荷电状态的mw级电池储能系统有功功率控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于智能电网中丽级电池储能系统控制技术领域，设及一种基于电池荷 电状态的MW级电池储能系统有功功率控制方法。
【背景技术】
[0002] 风能及太阳能等分布式电源的开发与利用为解决当前世界各国面临的能源危机、 环境恶化等问题提供了一种有效的途径，但分布式电源具有波动大、受地理及气候影响等 特性，严重制约了其接入大电网及大规模应用。电池储能系统能有效地解决该些分布式电 源并网时对电网的冲击作用，且能为电网提供有功功率及无功功率支撑W实现系统电压幅 值和频率的稳定控制。与此同时，由于风电、光伏发电等分布式电源的开发规模与系统负 荷容量的不断扩大，由多个模块化电池储能系统并联而成的大容量电池储能系统也应运而 成。
[0003] 在传输线路阻抗为电阻性的丽级电池储能系统中，对于各模块化电池储能系统 的并联协调控制，一般采用传统下垂控制进行负荷有功功率及无功功率分配。由于电池充 放电过程一种复杂的电化学反应过程，各模块化电池储能子系统经过一段时间充放电后， 其电池系统的荷电状态并不一致，若采用传统下垂控制技术时，将导致有功功率分配不合 理，即荷电状态初值低（可用电量少）的模块化电池储能子系统提前放电结束，易产生电池 寿命缩短、系统不稳定等问题。
【发明内容】
[0004] 本发明解决的问题是在于提供基于电池荷电状态的MW级电池储能系统有功功率 控制方法，解决由N个模块化电池储能子系统并联而成的MW级电池储能系统有功功率控制 中因电池荷电状态不一致所带来的负荷有功功率分配不合理、系统不稳定的问题，达到有 效分配负荷有功功率、维持公共母线电压幅值和频率稳定的目的，实现各模块化电池储能 子系统间电池荷电状态的均衡控制。
[0005] 本发明目的是通过W下技术方案来实现：
[0006] 一种基于电池荷电状态的丽级电池储能系统有功功率控制方法，所述的丽级电 池储能系统由N个模块化电池储能子系统并联而成，各电池储能子系统间无信号互联线， 其中N为大于1的自然数；
[0007] 所述方法包括W下步骤：
[000引在传输线路阻抗为电阻性的丽级电池储能系统中，首先利用电压传感器和电流 传感器检测出各模块化电池储能子系统当地公共母线的3相相电流1。、1。、1。与2路线电压 Ugb、Ub。，并分别计算出公共母线电压幅值Um、有功功率P及无功功率Q;
[0009] 然后将有功功率P、无功功率Q与电池系统荷电状态初值SOCb。、给定的公共母线电 压幅值U。及频率《。共同作为下垂控制的输入量，来获得各模块化电池储能子系统的给定 电压幅值u*及其角频率《
[0010] 将获得的给定电压幅值护与实际测量获得的公共母线电压幅值Um作差得到电压 幅值差，再将所述电压幅值差经比例-积分调节器后得到调制比m;将所述给定角频率《 * 经积分后得到相位角5 ;将调制比m配合相位角5,合成调制信号，用调制信号进行脉冲宽 度调制，产生6路功率转换系统的开关通断状态信号，控制功率转换系统中电力电子器件 开关管的导通与关断，实现对丽级电池储能系统中各模块化电池储能子系统输出有功功 率大小及方向的控制，使公共母线电压幅值Up等于公共母线电压幅值给定U。、频率《P等于 公共母线电压频率给定《。。
[0011] 所述定电压幅值护的获得方法如下：
[001引利用各模块化电池储能子系统中电池荷电状态初值SOCb。进行W下计算；kyiSOCbi=kv2S0Cb2=…=kwS0Cbi=AUmax，确定各模块化电池储能子系统的电压幅值下垂系数kw， 其中i表示第i个模块化电池储能子系统，AUm"为功率转换系统可允许的最大电压幅值误 差；再利用电压幅值下垂系数kyi、公共母线电压幅值U。、检测的有功功率P进行W下计算： 听=的-&、,,巧，从而获得各模块化电池储能子系统的给定电压幅值护，其中i为自然数。
[0013] 所述获得给定电压角频率的方法如下：
[0014] 利用各模块化电池储能子系统各功率转换系统无功功率额定值化进行W下计算： kflQm=kf2Qffi=…=kfiQm=A?max，确定各模块化电池储能子系统的角频率下垂系数kfi， 其中i表示第i个模块化电池储能子系统，A 功率转换系统可允许的最大角频率误 差；再利用角频率下垂系数kfi、公共母线电压角频率《。、检测的无功功率Q进行W下计算： 巧>=邱-/C。谷.，从而获得各模块化电池储能子系统的给定电压角频率《 %其中i为自然数。
[0015]检测当地公共母线的S相相电流i。、ib、i。与2路线电压Uab、Ub。。
[0016]所述模块化N个电池储能子系统并联时，采用相同的有功功率控制方法。
[0017] 与现有控制技术相比，本发明具有如下有益的控制效果：
[001引本发明所提供的基于电池荷电状态的丽级电池储能系统有功功率控制方法，利 用各模块化电池储能子系统中电池荷电状态初值确定各模块化电池储能子系统的电压幅 值下垂系数，再利用电压幅值下垂系数、公共母线电压幅值、及检测的有功功率来获得各模 块化电池储能子系统的给定电压幅值。由于电压幅值下垂系数跟随电池荷电状态变化，因 此各模块化电池储能子系统可根据其电池荷电状态对负荷有功功率进行有效分配，从而达 到合理控制有功功率输出、维持公共母线电压幅值和频率稳定的目的，并实现各模块化电 池储能子系统间电池荷电状态的均衡控制。
【附图说明】
[0019] 图1为丽级电池储能系统孤网供电结构示意图；
[0020] 图2为模块化电池储能子系统与公共母线相连的简化运行原理图；
[0021] 图3-1为有功-电压幅值下垂控制，图3-2为无功-频率下垂控制；
[0022] 图4为改进的基于电池荷电状态的有功功率-电压幅值下垂控制示意图；
[0023] 图5为改进的基于电池荷电状态的下垂控制总体框图；
[0024] 图6-1~6-6为采用基于电池荷电状态的下垂控制时的控制效果图。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合具体的实例对本发明作进一步的详细说明，所述为对本发明的解释而不 是限定。
[0026] 本发明一种基于电池荷电状态的丽级电池储能系统有功功率控制方法，所述的 MW级电池储能系统由N个模块化电池储能子系统并联而成，每个模块化电池储能系统是由 电池系统、功率转换系统组成。各电池储能子系统间无信号互联线，其中N为大于1的自然 数。
[0027] 所述方法包括W下步骤：
[002引在传输线路阻抗为电阻性的丽级电池储能系统中，首先利用电压传感器和 电流传感器检测出各模块化电池储能子系统当地公共母线的3相相电流i。、ib、i。与 2路线电压Ugb、Ub。，利用线路中S相线电压之和为0与线路功率计算公式并分别计 算出公共母线电压幅值Um、有功功率P及无功功率Q，具体计算如下；P=Ubeie-Uabi。， 7
【主权项】
1. 一种基于电池荷电状态的MW级电池储能系统有功功率控制方法，其特征在于所述 的MW级电池储能系统由N个模块化电池储能子系统并联而成，各电池储能子系统间无信号 互联线，其中N为大于1的自然数； 所述方法包括以下步骤： 在传输线路阻抗为电阻性的WM级电池储能系统中，首先利用电压传感器和电流传感 器检测出各模块化电池储能子系统当地公共母线的3相相电流ia、ib、i。与2路线电压心、 "b。，利用线路中三相线电压之和为〇与线路功率计算公式分别计算出公共母线电压幅值 G、有功功率/7及无功功率G 然后将有功功率八无功功率0与电池系统荷电状态初值SOCb(l、给定的公共母线电压幅 值％及频率％共同作为下垂控制的输入量，来获得各模块化电池储能子系统的给定电压 幅值"及其角频率 将获得的给定电压幅值"与实际测量获得的公共母线电压幅值G作差得到电压幅值 差，再将所述电压幅值差经比例-积分调节器后得到调制比取将所述给定角频率V经积 分后得到相位角心将调制比涵S合相位角A合成调制信号，用调制信号进行脉冲宽度调 制，产生6路功率转换系统的开关通断状态信号，控制功率转换系统中电力电子器件开关 管的导通与关断，实现对丽级电池储能系统中各模块化电池储能子系统输出有功功率大 小及方向的控制，使公共母线电压幅值g等于公共母线电压幅值给定％、频率％等于公共 母线电压频率给定
2. 根据权利要求1所述的一种基于电池荷电状态的MW级电池储能系统有功功率控制 方法，其特征在于所述定电压幅值"的获得方法如下： 利用各模块化电池储能子系统中电池荷电状态初值SOCM进行以下计算：
，确定各模块化电池储能子系统的电压幅值下 垂系数&，其中i表示第i个模块化电池储能子系统，为功率转换系统可允许的最大 电压幅值误差；再利用电压幅值下垂系数t、公共母线电压幅值检测的有功功率行 以下计算：￥ = % _心与，从而获得各模块化电池储能子系统的给定电压幅值"，其中i为 自然数。
3. 根据权利要求1所述的一种基于电池荷电状态的MW级电池储能系统有功功率控制 方法，其特征在于所述获得给定电压角频率V的方法如下： 利用各模块化电池储能子系统各功率转换系统无功功率额定值进行以下计算：
确定各模块化电池储能子系统的角频率下垂系数4， 其中i表示第i个模块化电池储能子系统，△乂为功率转换系统可允许的最大角频率误 差；再利用角频率下垂系数知、公共母线电压角频率呌、检测的无功功率行以下计 算： 叫-知g，从而获得各模块化电池储能子系统的给定电压角频率其中i为自 然数。
4. 根据权利要求1所述的一种基于电池荷电状态的MW级电池储能系统有功功率控制 方法，其特征在于检测当地公共母线的三相相电流ia、ib、i。与2路线电压yab、wb。。
5.根据权利要求1所述的一种基于电池荷电状态的MW级电池储能系统有功功率控制 方法，其特征在于所述模块化N个电池储能子系统并联时，采用相同的有功功率控制方法。
【专利摘要】本发明公布了一种基于电池荷电状态的MW级电池储能系统有功功率控制方法，所述方法如下：首先采集公共母线电压和电流，计算出有功功率、无功功率和电压幅值，通过基于电池荷电状态的有功功率下垂控制来获得给定电压幅值，再由给定电压幅值与实际测量的电压幅值之差经比例-积分控调节器后得到PWM发生器的调制比，最后由PWM发生器产生开关驱动信号来控制功率转换系统的开关状态，实现对MW级电池储能系统有功功率输出的有效控制。本发明能使MW级电池储能系统有效分配负荷有功功率及控制其有功功率的输出，保证公共母线电压幅值和频率稳定在其额定值附近。同时实现MW级电池储能系统中各模块化电池储能子系统间的荷电状态均衡控制。
【IPC分类】H02J3-32, H02J7-00
【公开号】CN104810843
【申请号】CN201410741537
【发明人】彭思敏, 辅小荣, 陈冲, 何坚强, 李家荣, 胡国文
【申请人】盐城工学院
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2014年12月8日