一种分布式储能系统自动并离网切换控制系统及方法与流程

1.本发明涉及电能质量管理技术领域，尤其是指一种分布式储能系统自动并离网切换控制系统及方法。


背景技术：

2.随着风电和光伏等可再生能源的蓬勃发展，电池储能系统也在向规模化、大容量化逐渐发展。锂离子电池具有能量密度高、转换效率高、自放电率低、使用寿命长等优势，已成为电化学储能系统中最主要的储能载体。但传统常规电池大容量化成组方式主要通过大量电池芯之间串并联实现，由于其存在的不一致性，往往会造成大量的效率损失和经济损失；同时由于锂离子电池中采用了沸点低、易燃的有机电解液，且材料体系热值高，易触发电池材料的放热副反应，引致电池热失控，因此，还存在着安全性差的问题。为了解决上述问题，现有的分布式储能系统架构将电池模块以电力电子变换器为接口，分散的接入直流母线，并通过不同电池模块间的直流变换器协同控制，实现对电池系统分割管控，从而有效抑制电池模块间的环流以及短板效应，提高系统的安全性与经济性。
3.现有的分布式储能系统在处于并网状态下时，依靠并网逆变器pcs负责进行直流母线的电压稳定，但当电网电压发生大幅度暂降或其他原因导致断网时，此时并网逆变器pcs会失去对直流母线电压的控制作用，此时的直流母线电压的控制权应交由分布式储能系统来执行。传统的并离网切换控制方式主要依靠分布式储能系统内的储能变流器来实现离网状态下的直流母线电压控制，但这种方式需要构建储能变换器与电池能量管理系统之间的通讯网络，以及并网逆变器与储能变流器之间的通讯网络，否则储能变流器将无法感知系统的断网，从而无法完成离网时母线电压的控制，但多个对象之间的通讯网络构建会使得分布式储能系统在并离网切换控制过程中的通讯网络结构过于复杂。


技术实现要素：

4.本发明的目的是克服现有技术中的缺点，提供一种分布式储能系统自动并离网切换控制系统及方法，通过采样公共直流母线电压及分布式储能系统内智能电池模块的输出电流实现自主判别分布式储能系统的并离网状态，无需并网逆变器pcs与分布式储能系统中储能变换器之间的通讯，简化了通讯网络结构。
5.本发明的目的是通过下述技术方案予以实现：
6.一种分布式储能系统自动并离网切换控制方法，包括：
7.采集每个智能电池模块的电压值，并根据采集到的电压值确定直流母线电压值，将直流母线电压值与直流母线电压预设值的上下限进行比较；
8.根据比较结果确定分布式储能系统的工作状态；
9.若母线电压采样值未超过预设值的上下限，则分布式储能系统处于并网运行模式，并通过并网逆变器pcs进行直流母线的稳压控制；
10.若母线电压采样值超过预设值的上下限，则继续采集每个智能电池模块的输出电
流值，并将每个智能电池模块的输出电流值依次与输出电流的上下限进行比较；
11.若所有智能电池模块的输出电流值均未超过输出电流的上下限，则分布式储能系统处于离网运行模式，通过分布式储能系统进行直流母线的稳压控制；
12.若存在一个智能电池模块的输出电流值超过输出电流的上下限，则并网逆变器pcs重新并网，分布式储能系统恢复并网运行模式，重新通过并网逆变器pcs进行直流母线的稳压控制。
13.进一步的，在分布式储能系统处于并网运行模式，通过并网逆变器pcs进行直流母线的稳压控制时，获取每个智能电池模块的实际soc值，基于每个智能电池模块的实际soc值分配每个智能电池模块的输出功率，维持所有智能电池模块间的soc均衡。
14.进一步的，在基于每个智能电池模块的实际soc值分配每个智能电池模块的输出功率，维持所有智能电池模块间的soc均衡时，还将分布式储能系统总功率参考值分配给每个智能电池模块，获取每个智能电池模块实际功率的输出参考值，并基于获取的输出参考值对每个智能电池模块进行恒功率控制。
15.进一步的，所述输出参考值的表达式为：
[0016][0017]
其中：p
iref
为第i个智能电池模块的输出参考值，soci为第i个智能电池模块的实际soc值，n为智能电池模块的数量，p
ref
为分布式储能系统总功率参考值。
[0018]
进一步的，当分布式储能系统处于离网运行模式时，选择其中一个智能电池模块进行直流母线的稳压控制，其余智能电池模块进行恒功率控制。
[0019]
进一步的，在选择进行直流母线的稳压控制的智能电池模块时，调取采集到的所有智能电池模块的实际soc值，选择实际soc值最大的智能电池模块作为进行直流母线的稳压控制的智能电池模块。
[0020]
进一步的，在选择soc值最大的智能电池模块作为进行直流母线的稳压控制时，所有智能电池模块的功率参考值的表达式为：
[0021][0022][0023]
其中：p
iref
为第i个智能电池模块的输出参考值，所述第i个智能电池模块为选择的进行直流母线的稳压控制的智能电池模块，p
jref
为第j个智能电池模块的输出参考值，所述第j个智能电池模块为其中一个进行恒功率控制的智能电池模块，socj为第j个智能电池模块的实际soc值，p
ref
为分布式储能系统总功率参考值。
[0024]
一种分布式储能系统自动并离网切换控制系统，包括分布式储能系统和并网逆变器pcs，所述分布式储能系统包括若干个智能电池模块和直流母线，每个智能电池模块的输出依次并联汇集在直流母线上，直流母线通过并网逆变器pcs接入电网，分布式储能系统处于并网状态时，并网逆变器pcs用于控制直流母线的电压稳定，每个所述智能电池模块均包
括电池能量管理单元、标准电池单元和双向dc/dc变换器，所述电池能量管理单元与标准电池单元连接，所述电池能量管理单元还与双向dc/dc变换器连接，双向dc/dc变换器的输出连接在直流母线上，分布式储能系统处于离网状态时，选取分布式储能系统中的一个智能电池模块控制直流母线的电压稳定。
[0025]
本发明的有益效果是：
[0026]
相比于同类现有的并离网切换技术，不需要网侧逆变器与储能系统中直流变换器之间的通讯，简化了通讯网络结构，解决了现有技术中存在的电路结构复杂、成本高的缺点。并且通过选用soc最大的智能电池模块进行离网状态下的直流母线稳压控制，拓宽了负载功率变化裕度，避免了负载功率变化时进行直流母线稳压控制的模块切换，解决了传统控制模式中存在的动态响应较差的问题。同时在并网状态下，能够将维持不同智能电池模块间荷电状态均衡作为前提，考虑不同智能电池模块间电池剩余容量以及温度差异对分布式储能系统功率分配的影响，从而实现电池能量利用效率最大化。
附图说明
[0027]
图1是本发明的一种结构示意图；
[0028]
图2是本发明实施例的一种双向dc/dc变换器的拓扑结构图；
[0029]
图3是本发明的一种流程示意图；
[0030]
图4是本发明实施例的一种并网运行模式下并网逆变器pcs的控制框图；
[0031]
图5是本发明实施例的一种并网运行模式下分布式储能系统内智能电池模块的控制框图；
[0032]
图6是本发明实施例的一种离网运行模式下分布式储能系统内智能电池模块的控制框图。
[0033]
其中：1、分布式储能系统，11、智能电池模块，111、电池能量管理单元，112、标准电池单元，113、双向dc/dc变换器，12、直流母线，2、并网逆变器。
具体实施方式
[0034]
下面结合附图和实施例对本发明进一步描述。
[0035]
实施例：
[0036]
一种分布式储能系统自动并离网切换控制系统，如图1所示，包括分布式储能系统和并网逆变器pcs，所述分布式储能系统包括若干个智能电池模块和直流母线，每个智能电池模块的输出依次并联汇集在直流母线上，直流母线通过并网逆变器pcs接入电网，分布式储能系统处于并网状态时，并网逆变器pcs用于控制直流母线的电压稳定，每个所述智能电池模块均包括电池能量管理单元、标准电池单元和双向dc/dc变换器，所述电池能量管理单元与标准电池单元连接，所述电池能量管理单元还与双向dc/dc变换器连接，双向dc/dc变换器的输出连接在直流母线上，分布式储能系统处于离网状态时，选取分布式储能系统中的一个智能电池模块控制直流母线的电压稳定。
[0037]
本实施例中采用的双向dc/dc变换器具体为具有双向功率传输功能的dab电路，其拓扑结构图如图2所示，能够实现单级适应双向功率传输应用场合的目的。
[0038]
本实施例中所述标准电池单元可以为锂电池、电池组等常见电池储能设备，所述
电池能量管理单元则可以为电池能量管理系统bms。
[0039]
一种分布式储能系统自动并离网切换控制方法，如图3所示，包括：
[0040]
采集每个智能电池模块的电压值，并根据采集到的电压值确定直流母线电压值，将直流母线电压值与直流母线电压预设值的上下限进行比较；
[0041]
根据比较结果确定分布式储能系统的工作状态；
[0042]
若直流母线电压值未超过预设值的上下限，则分布式储能系统处于并网运行模式，并通过并网逆变器pcs进行直流母线的稳压控制；
[0043]
若直流母线电压值超过预设值的上下限，则继续采集每个智能电池模块的输出电流值，并将每个智能电池模块的输出电流值依次与输出电流的上下限进行比较；
[0044]
若所有智能电池模块的输出电流值均未超过输出电流的上下限，则分布式储能系统处于离网运行模式，通过分布式储能系统进行直流母线的稳压控制；
[0045]
若存在一个智能电池模块的输出电流值超过输出电流的上下限，则并网逆变器pcs重新并网，分布式储能系统恢复并网运行模式，重新通过并网逆变器pcs进行直流母线的稳压控制。
[0046]
在分布式储能系统处于并网运行模式，通过并网逆变器pcs进行直流母线的稳压控制时，获取每个智能电池模块的实际soc值，基于每个智能电池模块的实际soc值分配每个智能电池模块的输出功率，维持所有智能电池模块间的soc均衡。
[0047]
在并网运行模式下，并网逆变器pcs的控制框图如图4所示，且并网逆变器pcs的直流母线电压控制目标为v
bus_set
，获取的直流母线电压值为v
bus
，并网逆变器pcs控制过程中的参数设置通过实际
[0048]
在并网运行模式下，分布式储能系统内智能电池模块的控制框图如图5所示，在基于每个智能电池模块的实际soc值分配每个智能电池模块的输出功率，维持所有智能电池模块间的soc均衡时，还将分布式储能系统总功率参考值分配给每个智能电池模块，获取每个智能电池模块实际功率的输出参考值，并基于获取的输出参考值对每个智能电池模块进行恒功率控制。
[0049]
所述输出参考值的表达式为：
[0050][0051]
其中：p
iref
为第i个智能电池模块的输出参考值，soci为第i个智能电池模块的实际soc值，n为智能电池模块的数量，p
ref
为分布式储能系统总功率参考值。
[0052]
当分布式储能系统处于离网运行模式时，由于电网不再进行功率输出，并网逆变器pcs也就不再具有对母线电压的控制作用，直流母线电压将发生较大的变化。而在离网前，若电网作功率输出，则离网后，由于直流母线上的输入功率减小，其电压幅值将减小，从而超越直流母线电压预设值下限v
bus_set_down
，相反，若离网前电网作吸收功率，则离网后，由于直流母线上的输入功率较大，其电压幅值将增加，从而超越直流母线电压预设值上限v
bus_set_up
，因此，能够通过直流母线的电压值来实现对于离网状态的判断，从而选择其中一个智能电池模块进行直流母线的稳压控制，其余智能电池模块进行恒功率控制。具体的，处于离网状态下，分布式储能系统内智能电池模块的控制框图如图6所示。
[0053]
当分布式储能系统感知到系统断网时，若随意的选取一个模块进行直流母线电压的恒压控制，且其他模块仍然按照原有的功率分配方法进行恒功率控制，此时系统断网导致的负载功率差值将由选取的进行直流母线电压的恒压控制的模块来弥补，但若选取的模块的荷电状态(soc)较低，就会出现选取的模块不能长时间维持对负载功率差值的弥补，需要重新选取进行直流母线电压的恒压控制的模块的问题，从而影响到分布式储能系统的动态运行稳定性。
[0054]
因此，在选择进行直流母线的稳压控制的智能电池模块时，调取采集到的所有智能电池模块的实际soc值，选择实际soc值最大的智能电池模块作为进行直流母线的稳压控制的智能电池模块。
[0055]
若获取的直流母线电压值小于直流母线电压预设值下限v
bus_set_down
，则设置选择的实际soc值最大的智能电池模块的输出电压参考值v
iref
＝v
bus_set_down1
≤v
bus_set_down
；相反，若获取的直流母线电压值大于直流母线电压预设值上限v
bus_set_up
，则设置选择的实际soc值最大的智能电池模块的输出电压参考值v
iref
＝v
bus_set_up1
≥v
bus_set_up
。
[0056]
在选择soc值最大的智能电池模块作为进行直流母线的稳压控制时，所有智能电池模块的功率参考值的表达式为：
[0057][0058][0059]
其中：p
iref
为第i个智能电池模块的输出参考值，所述第i个智能电池模块为选择的进行直流母线的稳压控制的智能电池模块，p
jref
为第j个智能电池模块的输出参考值，所述第j个智能电池模块为其中一个进行恒功率控制的智能电池模块，socj为第j个智能电池模块的实际soc值，p
ref
为分布式储能系统总功率参考值。
[0060]
通过结合智能电池模块的输出电流检测分布式储能系统的并离网状态，从而实现对于并网逆变器pcs重新并网的判断。若直流母线的电压由智能电池模块控制，且控制目标需要保持在v
bus_set_up1
≥v
bus_set_up
，进行直流母线电压控制的智能电池模块将会不断提高其输出电流和输出功率，从而尽可能的达到其自身的电压控制目标，但电网可以认为是一个有无限输出能力的电源，最终将会由于并网逆变器pcs的控制使得分布式储能系统中进行直流母线控制的智能电池模块的输出电流超过其输出电流上限，此时即可判断并网逆变器pcs重新并网。同样的，若直流母线的电压由智能电池模块控制，且控制目标需要保持在v
bus_set_down1
≥v
bus_set_down
，进行直流母线电压控制的智能电池模块将会不断减小其输出电流和输出功率，从而尽可能的达到其自身的电压控制目标，最终导致分布式储能系统中进行直流母线控制的智能电池模块的输出电流低于其输出电流下限，此时也可判断出并网逆变器pcs重新并网。
[0061]
而当判断出并网逆变器pcs重新并网，分布式储能系统恢复至并网运行模式，直流母线的电压控制权又交还至并网逆变器pcs。
[0062]
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。