一种模块化并联储能系统及并联调度管理方法与流程

本发明属于储能系统技术领域，特别涉及一种模块化并联储能系统及并联调度管理方法。

背景技术：

模块化并联运行已经成为目前储能系统重要的发展趋势，也是集中式供电向分布式供电模式发展的一项关键技术。变流器系统模块化可以实现n+1冗余并联运行，其中任意模块都可以退出系统运行，其余模块正常满功率运行。储能变流器和蓄电池是储能系统中的重要组成部分，这两部分的使用寿命是决定整个储能系统成本的根本因素。蓄电池的使用寿命最终取决于其本身循环充放电次数，而变流器的使用寿命则取决于其所使用器件的寿命。

目前模块化并联储能变流器大部分都采用功率均分工作模式，即不论是否满功率运行，所有模块均分系统功率，因此在此工作模式下，变流器一直处于工作状态，蓄电池也一直在充电或者放电，这样就会导致整个储能系统使用寿命低。此外，由于电路参数的差异或者其他因素造成的各变流器模块的输出特性差异，变流器并联将会产生环流，环流抑制也是模块化并联的关键技术。虽然国内外提出了各种方案抑制环流但在实际应用中，随着模块数量的增多，环流抑制效果就会变差。这样就会降低变流器的效率，严重影响输出波形质量。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种模块化并联储能系统及并联调度管理方法，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种模块化并联储能系统，包括储能变流器模块、蓄电池模块、总控模块和能源管理模块；若干个蓄电池模块分别连接若干储能变流器模块，每个储能变流器模块均连接到总控模块，总控模块连接能源管理模块，能源管理模块负责调度管理总控模块以及储能变流器模块。

进一步的，若干储能变流器模块均连接到交流母线，储能变流器模块和交流母线之间设置有负载。

进一步的，储能变流器模块为双向dcdc以及双向dcac组成的2级拓扑，实现能量从蓄电池到交流负载或者电网之间的能量转换，与总控模块、能源管理模块相互通信。

进一步的，总控模块实现对多个储能变流器均流控制，完成对多个储能变流器的信息汇总，与能源管理模块通信。

进一步的，能源管理模块负责对整个储能系统进行调度，完成对蓄电池的精细化管理。

进一步的，一种模块化并联储能系统的并联调度管理方法，包括以下步骤：

步骤1，总控模块采集储能系统交直流侧总电流及电压，用于计算储能系统运行功率p，总控模块将计算总功率上传到能源管理模块；

步骤2，假设储能系统由n个储能变流器并联组成，每个储能变流器的额定功率均为p0，则此时需要开机运行的模块数为m≥p/p0，则在初试时刻能源管理模块调度前m个模块开机运行，此时前m-1个模块处于额定功率运行状态；

步骤3，对于储能系统内部所使用电子元器件，其使用寿命、功率损耗、输出特性都和温度有密切关系。根据储能系统内部所使用电子元器件的使用寿命、功率损耗、输出特性都和温度的特性关系，储能系统设定最佳运行温度阈值；所述n个储能变流器具有实时采集内部环温并将环温传送到能源管理模块的能力，当第i个模块实时温度大于所设定温度阈值时，此时就进入轮休调度状态。

步骤4，储能变流器工作于并网状态时，采用pq控制模式，第i个模块运行功率给定以pi＝p0-kt的速度降低，第m+1个模块开机并且运行功率给定以pm+1＝kt的速度增加，其中：

pi为第i个模块运行功率；pm+1为第m+1个模块运行功率；p0为储能变流器额定运行功率；k为功率给定变化斜率；t为时间。

进一步的，储能变流器工作于离网状态时，采用vf控制模式，只要让第m+1个模块离网启机，这m+1个模块便会自动均分负载功率，待系统正常运行后第i个模块关机退出运行系统处于待机状态即可完成轮休调度；

储能系统前m个模块正在运行，当运行时间到达n小时后，第1个模块将退出运行系统，第m+1个模块将开机进入运行状态；此时并网状态、离网状态储能变流器轮休切换方式与步骤3一致；当运行第2n个小时到达后，第2个模块将退出运行系统，第m+2个系统将进入开机运行状态，依次循环，就可以完成所有模块轮休调度。

与现有技术相比，本发明有以下技术效果：

本发明对模块化并联储能系统中的储能变流器进行轮休调度，在非满功率运行时储能变流器模块轮流工作，有效地延长了储能变流器的寿命；

在模块化并联储能系统中必不可少地都引入了环流抑制策略，但是环流抑制的效果是有限的，随着并联模块的增多，环流抑制效果大幅被减弱，本调度策略尽可能减少了运行模块，使系统内部环流减少最小，有效地增大了系统效率，波形质量得到有效提升；

本发明所采用的调度策略采用温度机制，这为大功率储能系统在热设计方面提供了便利，可以有效减小系统体积；

本发明所提出的调度策略尽可能使更多的储能变流器工作于额定功率，使其输出波形质量最优，效率也处于最优状态。

附图说明

图1为本发明所采用的储能系统结构图。

图2为本发明调度策略的流程图1。

图3为本发明调度策略的流程图2。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进一步说明：

请参阅图1至图3，一种模块化并联储能系统，包括储能变流器模块、蓄电池模块、总控模块和能源管理模块；若干个蓄电池模块分别连接若干储能变流器模块，每个储能变流器模块均连接到总控模块，总控模块连接能源管理模块，能源管理模块负责调度管理总控模块以及储能变流器模块。

若干储能变流器模块均连接到交流母线，储能变流器模块和交流母线之间设置有负载。

储能变流器模块为双向dcdc以及双向dcac组成的2级拓扑，实现能量从蓄电池到交流负载或者电网之间的能量转换，与总控模块、能源管理模块相互通信。

总控模块实现对多个储能变流器均流控制，完成对多个储能变流器的信息汇总，与能源管理模块通信。

能源管理模块负责对整个储能系统进行调度，完成对蓄电池的精细化管理。

一种模块化并联储能系统的并联调度管理方法，包括以下步骤：

步骤1，总控模块采集储能系统交直流侧总电流及电压，用于计算储能系统运行功率p，总控模块将计算总功率上传到能源管理模块；

步骤2，假设储能系统由n个储能变流器并联组成，每个储能变流器的额定功率均为p0，则此时需要开机运行的模块数为m≥p/p0，则在初试时刻能源管理模块调度前m个模块开机运行，此时前m-1个模块处于额定功率运行状态；

步骤3，对于储能系统内部所使用电子元器件，其使用寿命、功率损耗、输出特性都和温度有密切关系。根据储能系统内部所使用电子元器件的使用寿命、功率损耗、输出特性都和温度的特性关系，储能系统设定最佳运行温度阈值；所述n个储能变流器具有实时采集内部环温并将环温传送到能源管理模块的能力，当第i个模块实时温度大于所设定温度阈值时，此时就进入轮休调度状态。

步骤4，储能变流器工作于并网状态时，采用pq控制模式，第i个模块运行功率给定以pi＝p0-kt的速度降低，第m+1个模块开机并且运行功率给定以pm+1＝kt的速度增加，其中：

pi为第i个模块运行功率；pm+1为第m+1个模块运行功率；p0为储能变流器额定运行功率；k为功率给定变化斜率；t为时间。

储能变流器工作于离网状态时，采用vf控制模式，只要让第m+1个模块离网启机，这m+1个模块便会自动均分负载功率，待系统正常运行后第i个模块关机退出运行系统处于待机状态即可完成轮休调度；

储能系统前m个模块正在运行，当运行时间到达n小时后，第1个模块将退出运行系统，第m+1个模块将开机进入运行状态；此时并网状态、离网状态储能变流器轮休切换方式与步骤3一致；当运行第2n个小时到达后，第2个模块将退出运行系统，第m+2个系统将进入开机运行状态，依次循环，就可以完成所有模块轮休调度。

下文将结合图1、图2和图3详细描述本发明提出的模块化并联储能系统调度策略：

总控模块采集储能系统交直流侧总电流及电压，用于计算储能系统运行功率p，总控模块将计算总功率上传到能源管理模块。

假设所述储能系统由n个储能变流器并联组成，每个储能变流器的额定功率均为p0，则此时需要开机运行的模块数为m≥p/p0，则在初试时刻能源管理模块调度前m个模块开机运行，此时前m-1个模块处于额定功率运行状态。

所说储能系统并网pq控制，相当于一个电流源，离网vf控制相当于一个电压源。一般情况下储能变流器控制参数都是基于额定控制参数设定的，因此前m-1个模块额定运行时，并网状态下电流波形质量好，离网时电压波形质量好。

对于储能系统内部所使用电子元器件，其使用寿命、功率损耗、输出特性都和温度有密切关系。根据这些特性关系，所述储能系统设定最佳运行温度阈值。所述n个储能变流器具有实时采集内部环温并将环温传送到能源管理模块的能力，一旦第i个模块实时温度大于所设定温度阈值时，此时就进入轮休调度状态。

所述储能变流器工作于并网状态时，采用pq控制模式，第i个模块运行功率给定以pi＝p0-kt的速度降低，第m+1个模块开机并且运行功率给定以pm+1＝kt的速度增加，以满足系统运行需求。

其中：

pi为第i个模块运行功率；

pm+1为第m+1个模块运行功率；

p0为储能变流器额定运行功率；

k为功率给定变化斜率；

t为时间。

所述储能变流器工作于离网状态时，采用vf控制模式，只要让第m+1个模块离网启机，这m+1个模块便会自动均分负载功率，待系统正常运行后第i个模块关机退出运行系统处于待机状态即可完成轮休调度。

所述储能变流器额定功率运行3个小时后，其内部温度就会接近所设定最佳运行温度阈值，并基本保持恒定，基于此条件，图3所述模块化并联储能系统调度策略如下：

如前所述，此时储能系统前m个模块正在运行，当运行时间到达3小时后，第1个模块将退出运行系统，第m+1个模块将开机进入运行状态。此时并网状态、离网状态储能变流器轮休切换方式与图2所示方式一致。当运行第6个小时到达后，第2个模块将退出运行系统，第m+2个系统将进入开机运行状态，依次循环，就可以完成所有模块轮休调度。

图2与图3所述模块化储能调度策略为并行执行系统，正常运行时，图3为主要执行策略，当某个模块内部温度超过所设最佳温度阈值时，才会进入图2所示运行策略。

本发明所提出的模块化并联储能调度策略使得储能系统在非满功率运行时，实现了模块轮休，并非传统技术方案所设定的所有模块均流承担系统功率。这样就可以避免所有储能变流器模块同时工作，有效地抑制了模块间的环流，减少发热，增加效率。

单个储能变流器模块控制环路设计时，一般是基于额定功率的，因此尽可能多地让运行模块工作在额定功率点，可能保证输出波形，减小电流谐波，提高功率因数，减小功率损耗，较少发热。

储能变流器模块内部电子元器件都是有使用寿命的，本发明所提出的调度策略有效地增加了储能系统的使用寿命。

本发明所提出的模块化并联储能调度策略已经使用在实际系统中，得到了有效的应证。