电化学储能系统低电压故障穿越控制方法及装置与流程

本发明涉及电化学储能电站并网、低电压穿越，具体地，涉及一种电化学储能系统、一种电化学储能系统低电压故障穿越控制方法以及一种电化学储能系统低电压故障穿越控制装置。

背景技术：

1、随着风光等新能源产业的迅速发展以及电力系统中电力电子设备的大量使用，电力系统呈现“双高”趋势，大量的电能质量问题凸显，特别是电压暂降问题。电压暂降是指电网中某节点电压幅值在短时间突然下降的事件。电网故障、雷暴天气、变压器励磁涌流以及大负荷投切均会导致电压暂降，低电压穿越能力差的储能电站会退出电网，影响电力系统稳定。

2、为了保障电力系统稳定，gb/t 36547《电化学储能系统接入电网技术规定》中对储能系统低电压穿越能力进行了规定，储能变流器低电压穿越能力不足将直接导致储能系统脱网。

3、现有技术中，对低电压穿越能力控制技术的研究大多集中在于新能源并网，对储能研究较少。并且，现有方案主要采用复杂的控制算法及具有主动支撑能力的储能变流器，成本较高。

4、例如，公开日为2023年4月25日、公开号为cn116014748a的中国专利文献中提出了一种基于主动支撑的储能变流器低电压穿越控制方法及装置，该方法通过对参数进行dq坐标变换及算法分析最终电网电压实时相角及缺损电压，并通过储能变流器主动支撑能力对电压暂降进行补偿。该方法能够快速准确的计算出补偿电压，且补偿效果较为准确，但基于算法分析参数所需响应时间较长，而电压暂降为突发事件，对时效性要求较高，且具有主动支撑能力的储能变流器成本较高。

5、又例如，公开日为2012年3月21日、公开号为cn102386632a的中国专利文献中提出了一种双馈风电变流器穿越电网故障的装置及方法，该方法包括：a、当电网电压跌落导致双馈型变流器发电机转子电流或直流母线电压上升到等于或大于设定的crowbar电路导通门限值时，控制电路关闭机侧变流器并触发crowbar电路，使crowbar电路中的开关电路导通；b、当双馈型变流器发电机的转子电流衰减到等于或小于设定的crowbar电路关断门限值、电网侧电压恢复正常状态时，控制电路关断crowbar电路使crowbar电路中的开关电路关断并开启机侧变流器，为电网迅速提供无功支持，帮助电网恢复。该方法虽然通过提高全控型电力电子器件的耐压能力，增大了风机低电压穿越能力，但其应用领域主要是新能源并网，储能作为新型电力系统引入的设备，与风机原理不用，因此该方法并不适用储能领域。

6、因此有必要提出一种针对储能变流器的低电压穿越控制装置及方法，从而加强储能变流器的低电压穿越能力。

技术实现思路

1、针对现有技术中无法低成本实现加强储能变流器低压穿越能力的技术问题，本发明提供了一种电化学储能系统低电压故障穿越的控制方法，采用该方法能够提升储能电站(也就是电化学储能系统)的低压穿越能力，并且结构简单可靠，成本较低。

2、为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种电化学储能系统低电压故障穿越控制方法，所述电化学储能系统包括储能变流器和电压补偿单元，电压补偿单元用于补偿储能变流器交流侧电压；所述控制方法包括以下步骤：在预定采样周期内，获取电网交流侧的第一电压瞬时值和储能变换器直流侧的第二电压瞬时值；基于所述第一电压瞬时值，确定电网交流侧的电压均方根值；基于所述电压均方根值，判断是否存在电压暂降；若判定结果为不存在电压暂降，则控制电压补偿单元关闭；若判定结果为存在电压暂降，则判断是否针对电压暂降进行电压补偿；若判定结果为不需要针对电压暂降进行电压补偿，则控制电压补偿单元关闭；若判定结果为需要针对电压暂降进行电压补偿，则控制电压补偿单元开启。

3、在本发明的一个示例性实施例中，所述基于电压均方根值，判断是否存在电压暂降，可以包括：比较所述电压均方根值和电压暂降阈值的大小；若所述电压均方根值大于或等于电压暂降阈值，则判定不存在电压暂降；若所述电压均方根值小于电压暂降阈值，则判定存在电压暂降。

4、在本发明的一个示例性实施例中，所述电压暂降阈值可以基于系统标称电压确定。

5、在本发明的一个示例性实施例中，所述电压暂降阈值可以为85％～95％的系统标称电压。

6、在本发明的一个示例性实施例中，所述电网交流侧的电压均方根值的计算式可以为：式中，n为每个周期的采样次数，vi为在采样周期内第i次采样获得的第一电压瞬时值，vrms为电网交流侧的电压均方根值。

7、在本发明的一个示例性实施例中，所述判断是否针对电压暂降进行电压补偿，可以包括：比较所述第一电压瞬时值和所述第二电压瞬时值的大小；若所述第一电压瞬时值大于所述第二电压瞬时值，则判定不需要针对电压暂降进行电压补偿；若所述第一电压瞬时值小于或等于所述第二电压瞬时值，则判定需要针对电压暂降进行电压补偿。

8、本发明第二方面提供了一种电化学储能系统低电压故障穿越控制装置，所述控制装置包括获取模块、电压均方根计算模块、第一判断模块、电压均方根计算模块、第二判断模块、第一控制模块和第二控制模块；所述获取模块用于在预定采样周期内，获取电网交流侧的第一电压瞬时值和储能变换器直流侧的第二电压瞬时值；所述电压均方根计算模块用于基于第一电压瞬时值，确定电网交流侧的电压均方根值；所述第一判断模块用于基于电压均方根值，判断是否存在电压暂降；所述第二判断模块用于判断是否针对电压暂降进行电压补偿；所述第一控制模块用于在判定结果为不存在电压暂降时，或者，在判定结果为不需要针对电压暂降进行电压补偿时，控制电压补偿单元关闭；所述第二控制模块用于在判定结果为需要针对电压暂降进行电压补偿时，控制电压补偿单元开启。

9、在本发明的另一个示例性实施例中，所述第一判断模块可以包括第一对比子模块、第一确定子模块和第二确定子模块；所述第一对比子模块用于比较电压均方根值和电压暂降阈值的大小；所述第一确定子模块用于在电压均方根值大于或等于电压暂降阈值时，确定不存在电压暂降；所述第二确定子模块用于在电压均方根值小于电压暂降阈值时，确定存在电压暂降。

10、在本发明的另一个示例性实施例中，所述第二判断模块可以包括第二对比子模块、第三确定子模块和第四确定子模块；所述第二对比子模块用于比较第一电压瞬时值和第二电压瞬时值的大小；所述第三确定子模块用于在第一电压瞬时值大于第二电压瞬时值时，确定不需要针对电压暂降进行电压补偿；所述第四确定子模块用于在第一电压瞬时值小于或等于第二电压瞬时值时，确定需要针对电压暂降进行电压补偿。

11、本发明第三方面提供了一种电化学储能系统，所述电化学储能系统包括动态电压恢复子系统和储能变流子系统，所述动态电压恢复子系统包括信号检测装置、电压补偿单元、开关和如上所述的控制装置；所述储能变流子系统包括储能变流器和储能电池；其中，信号检测装置用于检测电网交流侧的第一电压瞬时值和储能变换器直流侧的第二电压瞬时值；储能变流器交流侧与电网交流侧直接连接，储能变流器直流侧与储能电池连接，所述储能变流器用于完成电网与储能电池之间的能量交换；储能变流器交流侧还通过开关和电压补偿单元与电网交流侧连接，所述电压补偿单元用于补偿储能变流器交流侧电压；所述控制装置与所述电压补偿单元连接，用于判定是否需要针对电压暂降进行电压补偿，并控制电压补偿单元的开关状态。

12、在本发明的另一个示例性实施例中，所述电压补偿单元可以包括储能模块、充放电模块和滤波模块，充放电模块包括dc/dc变换器和变流器。

13、通过本发明提供的技术方案，本发明至少具有如下技术效果：

14、(1)本发明的低电压穿越故障控制方法通过将动态电压恢复器与储能变流器耦合，利用动态电压恢复器快速响应特性及补偿电压能力，显著提升了储能变流器的低电压穿越能力；

15、(2)本发明的低电压穿越故障控制装置结构简单，成本较低；

16、(3)本发明的低电压穿越故障控制装置减少了因电压暂降脱网导致储能系统运营方损失的收益，并且减少了电网对运营商低电压穿越的考核，因此最终提高了运营商储能系统的收益。

17、本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。