直流直挂式储能系统及控制方法、装置、设备和存储介质

文档序号:41527583发布日期:2025-04-07 22:55阅读:118来源:国知局

本公开属于直流输电,尤其涉及一种直流直挂式储能系统及其控制方法、装置、设备和存储介质。


背景技术:

1、随着风能和太阳能等新能源机组装机容量在我国电力系统中逐步提高,直流输电方式以其低损耗、无电容效应和传输距离远等优势,正成为未来电网发展的重要方向。大规模新能源发电场通常建在偏远地区,由于电网架构仍显薄弱,因此,亟需依靠储能技术在功率调节和电网支撑等方面发挥关键作用。

2、在直流电网中配置储能装置,可以提升系统的调节能力,支撑高比例新能源的高效利用。

3、其中,直流直挂式储能方案凭借其模块化设计、电池剩余电量(state of charge,soc)分割管理、变换环节少以及高效率等优势,成为直流系统中储能应用的优选拓扑方案。图1示出了基于半桥子模块的直流直挂式储能系统的基本拓扑结构,其中一端通过lc滤波器将储能电池模块接入离散的直流端口(a,b),另一端则通过输出端口(a,b)接入中高压直流电网。

4、图1所示拓扑结构采用载波移相的脉宽调制策略,在稳态运行时,每个半桥子模块有2种工作状态:半桥上管开通、下管关断,表示模块投入;半桥的上管关断、下管开通,表示模块切出。半桥子模块控制策略具体如图2所示。

5、图2所示控制策略在半桥子模块开关频率较高的情况下,存在较大的损耗,并且每个半桥子模块都需要额外配置lc滤波电路(如图1中所示)以消除电池的振荡纹波电流,增加了电路复杂程度和硬件成本。


技术实现思路

1、为解决上述问题,本公开提供了一种直流直挂式储能系统及其控制方法,可以显著降低半桥功率模块的开关损耗,同时减少绝大部分模块所需的lc滤波电路和直流预充电路,从而提高了系统的变换效率,并降低了电路整体成本。

2、本公开优选采用如下方案实现:

3、一种基于储能电池的直流直挂式储能系统,所述储能系统包括n个恒压模块和m个调压模块,其中n大于m,n、m为自然数;

4、n个恒压模块和m个调压模块串联接入直流电网;

5、单个恒压模块的拓扑结构与单个调压模块的拓扑结构不同:

6、单个恒压模块包括第一电池簇、第一半桥;

7、单个调压模块包括第二电池簇、直流预充电路、lc滤波电路、第二半桥。

8、进一步的,

9、直流直挂式储能系统运行时,根据直流直挂式储能系统的电压需求选择x个恒压模块和至少1个调压模块投入运行,其中x小于等于n。

10、进一步的,

11、剩余n-x个恒压模块处于备用状态,以预定时间间隔对x个恒压模块进行轮换。

12、进一步的,

13、单个恒压模块中,第一电池簇与第一半桥并联;

14、单个调压模块中,第二电池簇与第二半桥并联;lc滤波电路中的电容c与第二电池簇和第二半桥并联;lc滤波电路中的电感l、直流预充电路串联连接在第二电池簇与电容c之间。

15、进一步的,

16、单个恒压模块、单个调压模块分别由1个旁路开关k接入直流电网;旁路开关为常开状态,当旁路开关闭合时,将对应的恒压模块或调压模块从直流电网短路切出。

17、基于相同的发明构思,本公开还提供了一种直流直挂式储能系统的控制方法,包括:

18、对所有恒压模块中第一电池簇的soc进行实时采集和排序;

19、根据直流电网的电压需求,选择需要投入的恒压模块数量和调压模块数量;未投入的恒压模块作为备用模块;

20、需要投入的恒压模块通过第一半桥上管始终导通,串入直流电网;需要投入的调压模块,通过pwm控制第二半桥开关串入直流电网;

21、根据充放电需求和所有恒压模块中第一电池簇的soc,将已经投入的恒压模块与备用模块,采用预定时间间隔进行投切轮换。

22、进一步的,

23、根据充放电需求和所有恒压模块中第一电池簇的soc,将已经投入的恒压模块与备用模块,采用预定时间间隔进行投切轮换,包括:

24、根据充电指令,将已投入的恒压模块与第一电池簇最低soc的备用模块,采用预定时间间隔进行投切轮换;

25、根据放电指令,将已投入的恒压模块与第一电池簇最高soc的备用模块,采用预定时间间隔进行投切轮换。

26、基于相同的发明构思,本公开还提供了一种直流直挂式储能系统的控制装置,包括soc实时采集和排序模块、投入数量选择模块、恒压模块和调压模块控制模块、恒压模块轮换投切模块;

27、soc实时采集和排序模块,用于对所有恒压模块的soc进行实时采集和排序;

28、投入数量选择模块,用于根据直流电网的电压需求,选择需要投入的恒压模块数量和调压模块数量;

29、恒压模块和调压模块控制模块,用于将需要投入的恒压模块通过半桥上管始终导通,串入储能系统;需要投入的调压模块,通过pwm控制半桥开关串入储能系统;

30、恒压模块轮换投切模块,用于根据充放电需求和所有恒压模块的soc,将已经投入的恒压模块与备用模块,采用预定时间间隔进行轮换。

31、基于相同的发明构思,本公开还提供了一种电子设备,包括电气连接的至少一个处理器和至少一个存储器,所述存储器与所述处理器电气连接,其中,所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令,所述指令被所述至少一个处理器执行,以使所述至少一个处理器能够执行如上所述的储能系统的控制方法。

32、基于相同的发明构思,本公开还提供了一种计算机存储介质,所述计算机存储介质中存储有计算机可执行指令,所述计算机可执行指令执行时实现前述的任一种储能系统的控制方法。

33、与现有技术相比,本公开具有如下优点:

34、本公开实施例的直流直挂式储能系统中,数量占多数的恒压模块不需要设置lc滤波电路和直流预充电路,仅需针对少量的调压模块进行pwm控制,显著降低了系统半桥功率模块的开关损耗,大幅节约了电路成本,同时也简化了控制策略。

35、本公开的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本公开而了解。本公开的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。



技术特征:

1.一种基于储能电池的直流直挂式储能系统,其特征在于,

2.根据权利要求1所述的储能系统,其特征在于,

3.根据权利要求2所述的储能系统,其特征在于,

4.根据权利要求1所述的储能系统,其特征在于,

5.根据权利要求1-4任一项所述的储能系统,其特征在于,

6.一种直流直挂式储能系统的控制方法,其特征在于,

7.根据权利要求6所述的控制方法,其特征在于,

8.一种直流直挂式储能系统的控制装置,其特征在于,

9.一种电子设备,其特征在于,

10.一种计算机存储介质,其特征在于,


技术总结
本公开提供了一种直流直挂式储能系统及控制方法、装置、设备和存储介质,所述方法包括基于储能电池的直流直挂式储能系统,所述储能系统包括N个恒压模块和M个调压模块,其中N远大于M,N、M为自然数;N个恒压模块和M个调压模块串联接入直流电网;单个恒压模块的拓扑结构与单个调压模块的拓扑结构不同:单个恒压模块包括第一电池簇、第一半桥;单个调压模块包括第二电池簇、直流预充电路、LC滤波电路、第二半桥。本公开实施例的直流直挂式储能系统中,数量占多数的恒压模块不需要设置LC滤波电路和直流预充电路,仅需针对少量的调压模块进行PWM控制,降低了开关损耗,提升了投切效率,节约了电路成本,简化了控制策略。

技术研发人员:陈宇硕,赵彪,屈鲁,崔彬,余占清,曾嵘
受保护的技术使用者:清华大学
技术研发日:
技术公布日:2025/4/6
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