一种电池储能与发电机协调控制方法与流程

本发明涉及一种电池储能和发电机系统，尤其涉及一种电池储能与发电机协调控制方法。

背景技术：

独立微网系统是指与大电网隔离、独立运行的小型电力系统，以偏远地区或者海岛为主要供电对象，并充分利用可再生能源发电，如风力发电、光伏发电(photovoltaic，PV)、波浪能发电等。围绕着小型独立微网系统中多分布式电源的协调控制和能量管理技术，国内外学术界和工程界开展了大量研究，并建设了多个具有代表性的示范工程。

为了有效提高独立微网系统的供电可靠性，需要在系统中配置传统的柴油发电机，当储能容量过低，可再生能源出力无法满足负荷的情况下，启动柴油发电机。当储能系统容量在正常运行范围内时，可以与风力发电、光伏发电一起为负荷供电。当柴油发电机开启时，可以选择将储能系统退出运行，也可以尽量将柴油机运行在额定功率下，多余功率给电池充电。

为了实现一定的经济效益，独立微网系统中的柴油发电机不再是单台大容量机组，而是选择多台相对小容量的机组，根据负荷实际需求，开启一台或者多台柴油机组。蓄电池储能系统作为微网内的主电源时，储能用并网变流器工作在独立运行模式，控制出口侧交流母线电压幅值和频率恒定。

技术实现要素：

为了克服独立微网中，蓄电池和柴油发电机协调控制上存在的难题，本发明提出一种电池储能与发电机协调控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是。

本发明提出了柴油发电机和储能系统的协调控制方法，包括柴油发电机作为主电源时，储能系统的辅助功率控制，以及独立微网系统中柴油发电机和储能系统双主电源的无缝切换控制策略。

电池储能与发电机协调控制方法包括分布式电源、储能系统、储能与柴油发电机协调控制和双电源无缝切换控制四个部分。

所述分布式电源包括永磁直驱风力发电机、光伏发电和柴油发电机。

所述储能系统是根据并网变流器的直流电压范围和储能系统的设计容量，将电池经过一定的方式(串并联)连接后，经变流器并网。

所述储能与柴油发电机协调控制是上层协调控制单元分别向柴油发电机和储能装置下达并网运行指令和功率分配指令，并实现储能与柴油机组之间的协调控制。

所述双电源无缝切换控制是柴油发电机作为主电源时，储能采用电流控制模式，柴油发电机退出运行时，储能变流器的运行和控制模式应满足无缝切换的需求。

本发明的有益效果是：本发明对含有常规柴油发电机和电池储能的独立交流微网系统，提出了柴油发电机和储能电池的协调控制方法。通过在传统下垂控制中引入辅助功率控制信号，当系统内运行的柴油发电机出现过流时，利用储能系统分担超出额定功率的部分，可以防止柴油发电机长时间过流引起的系统崩溃，提高了系统稳定性。同时提出了柴油发电机和储能电池双主电源的切换控制策略和控制流程，通过在储能控制器中引入补偿项，实现了双主电源的无缝切换。

附图说明

图1柴油发电机控制原理。

图2储能系统电流控制。

图3储能系统电压控制。

图4协调控制系统。

图5双电源无缝切换控制。

具体实施方案

图1中，柴油发电机通过自动电压调节模块控制其端口电压，通过调速模块维持发电机转速恒定。主控制单元负责柴油发电机组之间的同期并列和有功、无功功率的分配。

储能用变流器主要存在电压控制和电流控制2种控制模式。图2中，柴油发电机启动后，储能用变流器工作在电流模式，由柴油发电机提供电压和频率参考。当柴油发电机退出运行时，储能变流器工作在电压控制模式，维持微网内的电压幅值和频率恒定。图3中，变流器输出频率(50Hz)由控制器内部的正弦参考信号生成，该信号作为定向参考矢量，将同步旋转坐标系的轴定向于该矢量方向，是d轴同轴的夹角，即为参考矢量的相角。

图4中，柴油机通过同期并网开关实现与交流系统的同期并列。解列开关用于实现储能系统与柴油发电机组之间的无缝切换。上层协调控制单元分别与储能并网逆变器主控制单元、柴油发电机控制单元通讯，向单台柴油发电机下达并网运行指令和功率分配指令，并实现储能与柴油机组之间的协调控制。在正常运行范围内，由于负荷或者可再生能源波动，将会引起系统频率、电压波动。采用基于f-P、V-Q下垂控制的储能装置可以有效抑制上述波动，提高用户电能质量。为了防止由于储能的频繁充放电，因此在下垂控制中增加调节死区，允许系统频率和电压在该死区范围内波动，储能不参与调节。正常运行时，为零，当检测到当前运行柴油机超过额定容量的90%一定时间后，超出功率部分作为储能的附加控制信号，从而将部分负荷转移给储能系统。同时启动处于冷备用的柴油发电机，并按照一定的功率分配原则下达调节指令，按照等容量均分原则为已开启机组的当前出力，同时将储能系统的辅助功率信号设置为零。当系统负荷突然下降时，则可以关闭一台机组。

柴油发电机作为主电源时，储能采用电流控制模式；当柴油发电机因燃料不足或需维护等因素需退出运行时，储能变流器需采用电压控制模式，维持系统内电压和频率稳定。柴油发电机退出运行时，为保证本地负荷的不间断供电，储能变流器的运行和控制模式应满足无缝切换的需求。图5中，为避免因开关动作延时造成的电压偏差，当变流器控制模式切换为独立模式时，参考电压幅值和相位仍由解列点处柴油发电机的电压幅值和相位决定。柴油发电机退出运行之前，输入到微网内的有功功率越大，将柴油机与微网交流母线断开后对储能系统的冲击越大，对微网稳定运行影响越大。因此储能变流器运行模式切换时，应首先尽量减小切换前流过开关的电流，并将其减小至某一设定值。当开关断开后，变流器输出频率参考切换为控制器内部的正弦参考信号。为了消除因变流器电压控制调节作用对其输出电流所造成的影响，即为了达到在过渡过程内变流器输出电流不发生变化的目的。

图5中采用的控制器补偿算法，既可以工作于电压控制模式，也可以工作于电流控制模式。在运行模式切换过程中，电压外环控制项起作用，将模式切换前的电流参考值、作为补偿项加入到电压环PI控制器的输出中，保证控制模式切换前后变流器的输出功率不会突变。加入补偿控制项，能够抑制变流器输出电流在运行模式切换时出现的不正常下降过程，保证变流器出口电压幅值和相位不突变，避免运行模式快速切换过程中易出现的过流现象。