[发明专利]一种蓄电池储能系统动态响应提升控制系统及控制方法

说明书

本发明提出一种蓄电池储能系统动态响应提升控制系统及控制方法，通过系统功率变换器构建补偿控制系统，包括：负载电流观测模型，对负载电流进行观测；电压外环控制子系统，监控蓄电池储能系统的直流母线电压，当直流母线电压下降时，采集直流母线电压的实时电压反馈值，根据实时电压反馈值与预设的母线电压参考值的差值生成初始电流给定值；利用预设的前馈补偿函数将负载电流观测值生成扰动电流给定值，根据扰动电流给定值和初始电流给定值计算系统的目标电流给定值；电流内环控制子系统，采集蓄电池储能系统的实时电流反馈值，根据实时电流反馈值与目标电流给定值的差值控制蓄电池储能单元的供电参数，有效提升蓄电池储能系统的动态响应速度。

技术领域

本发明涉及电力系统控制技术领域，尤其涉及一种蓄电池储能系统动态响应提升控制系统及控制方法。

背景技术

随着电力电子技术及动力电池的不断发展，基于蓄电池的储能系统在新能源发电系统、城市轨道交通系统以及电动车等领域得到了广泛的使用和关注。蓄电池储能系统常用于动态调整直流母线能量，维持直流母线电压恒定，即在负载突加时储能系统向直流电网提供能量供负载使用，防止直流网压跌落。所以，为防止电网电压因负载突变而导致电网解列，蓄电池储能系统的动态响应速度对于稳定直流网压至关重要。含有蓄电池储能系统的直流电网结构如图1所示。

目前，储能系统负载电流前馈控制是一种提升系统动态响应的常用方法，该方法需要利用电流霍尔检测直流母线负载的变化，并将负载电流变化结果前馈到储能系统控制闭环中，从而提升系统的响应速度。利用电流霍尔检测负载电流实现储能系统的前馈控制虽然能够提升系统的动态响应能力，但存在以下不足之处：

(1)、负载电流检测电路将使系统硬件电路设计更加复杂，提高系统潜在风险，弱化系统可靠性。

(2)、储能系统作为调节电网电能质量的设备，需要具备灵活的安装能力，同时也需要根据电网容量具有良好的可扩展性。但是负载电流的检测位置为直流母线，硬件检测电路的增加不利于储能系统的“即插即用”。

(3)、目前工业使用的电流霍尔的工作范围有限，在大功率系统中负载电流检测难度增加。因此基于硬件检测的负载电流前馈策略不利于蓄电池储能系统在大功率直流系统中使用。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提出了一种蓄电池储能系统动态响应提升控制系统及控制方法，通过基于系统功率变换器构建的双闭环控制结构，能够有效提升蓄电池储能系统的动态响应速度，提升储能系统的控制性能。

本发明的一个方面，提供了一种蓄电池储能系统动态响应提升控制系统，在蓄电池储能单元和负载供电电路间设置系统功率变换器，通过所述系统功率变化器构建补偿控制系统，所述补偿控制系统包括电压外环控制子系统、电流内环控制子系统以及根据线性扩张状态观测器原理构建的负载电流观测模型；

所述负载电流观测模型，用于对负载电流进行观测；

所述电压外环控制子系统，用于监控蓄电池储能系统的直流母线电压，当所述直流母线电压下降时，采集直流母线电压的实时电压反馈值，根据所述实时电压反馈值与预设的母线电压参考值的差值生成初始电流给定值；以及利用预设的前馈补偿函数将所述负载电流观测模型的负载电流观测值生成扰动电流给定值，并根据所述扰动电流给定值和所述初始电流给定值计算蓄电池储能系统的目标电流给定值；

电流内环控制子系统，用于采集蓄电池储能系统的实时电流反馈值，根据所述实时电流反馈值与所述目标电流给定值的差值控制蓄电池储能系统中蓄电池储能单元的供电参数。

其中，所述系统功率变换器为Buck变换器，或者，基于Buck变换器的交错并联式功率变换器。

其中，所述系统功率变换器包括：三极管、第一二极管、第二二极管、电感和支撑电容；