[发明专利]一种电池储能系统的动态功率协调控制方法

说明书

技术领域

本发明是一种电池储能系统的动态功率协调控制方法，特别是一种含多台功率变换器(PCS)的电池储能系统的动态功率协调控制方法，属于电池储能系统的动态功率协调控制方法的改造技术。

背景技术

电池储能系统(BESS)的一大特色在于可以在大电网发生异常时继续为特定的重要负荷提供紧急供电，形成孤立运行的微电网，简称微网。电池储能系统带特定负载独立运行的状态即为孤岛运行状态。由于电池储能系统有并网和孤岛两种运行模式，所以电池储能系统通常运行在三种工作状态：并网运行状态，孤岛运行状态和在两种运行状态之间切换的暂态。

运行于孤岛模式时，电池储能系统必须能维持自己的电压和频率。在传统电网中，频率能通过大型发电厂内拥有大惯性的发电机来维持，电压通过调节无功功率来维持；而在电池储能系统作为主电源的微电网中，由于采用大量电力电子设备作为接口，其系统惯性小或无惯性、过载能力差、以及采用可再生能源发电的分布式电源输出电能的间歇性和负载功率的多变性增加了电池储能系统频率和电压控制的难度。而且配电网线路阻抗呈阻性，使电压不仅与无功功率有关也与有功功率有关，控制电压需要通过控制有功和无功功率两个方面来完成。

在多电源的微网系统中，通常采用的控制方法有主从控制和对等控制两种。主从控制方式一般采用中心控制系统或微网中某个主要电源来维持微网系统的电压和频率，这种方法控制简单，因而应用广泛，但其缺点在于系统对中心控制系统或主电源的依赖性很强，中心控制系统或主电源退出时，系统无法继续运行，可靠性受到很大影响；对等控制方式比较常用的是近年来提出的模拟同步发电机特性的下垂控制方式，这种方式在理论上可以省去电源之间的通信连接，从而提高微网系统的可靠性并降低成本，但是下垂控制系统的稳定性对控制参数和运行方式都非常敏感，因而目前尚未得到广泛应用。

在多电源的微网系统中，主电源的切换、退出，以及孤岛和并网转换等动态过程中，维持微网的电压和频率稳定是其最主要的问题。如果微网在并网运行时吸收或输出功率到电网，当微网突然从并网模式切换到孤岛模式时，微网产生的电能和负荷需求之间的不平衡将会导致系统不稳定，此时设计合理微网结构和采用恰当的控制方法是非常重要的。当微网从孤岛模式重连到大电网时，如何与电网同步并无缝并网是其主要问题。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种在大规模电池储能系统中，实现多台功率变换器(PCS)之间功率协调控制的电池储能系统的动态功率协调控制方法。本发明针对通常的主从控制方式对主电源过分依赖而导致系统可靠性降低的问题，提出了一种简单实用的解决方案，本发明在电源容量足够的前提下，微网系统的电压稳定和频率稳定都很容易实现，抗负载扰动能力强，故障恢复时间短。

本发明的技术方案是：本发明的电池储能系统的动态功率协调控制方法，所述电池储能系统包括有为负载供电的并联运行的多台功率变换器，其中并联运行的多台功率变换器分为两种类型，采用主从控制方案，一类采用恒压恒频控制方式，称为主节点；另一类是采用带有弱下垂特性的恒功率方式，成为从节点，其中，主节点只有一个，由上层监控系统来指定，一般选择容量较大的功率变换器来担当，其余的功率变换器均为从节点，在稳态情况下，从节点功率变换器输出的有功和无功由监控系统下达的功率指令来设定，主节点功率变换器的输出功率则是根据负荷情况来动态调节，主、从节点功率变换器的两种控制方式的动态功率协调控制方法如下：

1)主节点的恒压恒频控制策略

在微网系统处于孤岛运行状态时，必须有一个运行于恒压恒频控制方式的功率变换器作为主节点，为系统提供稳定的电压和频率，恒压恒频控制是指功率变换器按照受控电压源的模式运行，其基本原则是不管电池储能系统的输出功率如何变化，包括有功和无功，其输出电压的幅值和频率一直维持不变，始终为额定值；

2)从节点的恒功率控制策略

恒功率控制是指功率变换器按照设定的有功和无功目标值Pref、Qref来控制其输出的有功功率和无功功率，功率变换器运行于受控电流源模式，在恒功率控制模式下，功率变换器输出的有功和无功不随微网的电压和频率的变化而变化，在孤岛运行时，从节点接收来自上层监控系统的有功、无功目标值Pref和Qref，并通过功率和电流双闭环控制，保证其输出功率能够快速跟踪到设定的目标值。上述主节点功率变换器的恒压恒频控制通过频率和电压的双闭环控制来实现。