[发明专利]基于模块化多电平拓扑结构的分布式储能系统的控制方法

说明书

技术领域

本发明属于中高压电能质量控制器以及新能源并网等研究领域，涉及一种基于模块化多电平拓扑结构的分布式储能系统的控制方法。

背景技术

近年来，伴随着我国经济的快速发展，能源短缺和环境污染等问题日益严重。为了解决上述问题，以风力发电、光伏发电为代表的可再生能源得到了大规模的开发利用。然而，因新能源所固有的间歇性、随机性等特点，以风电、光伏为代表的新能源大规模接入电网时会造成电网电压波动、电网频率发生偏移等电能质量问题，从而对电网运行稳定性产生较大的影响。静止同步发电机(SSG)为解决该问题提供了一种可行的技术手段。SSG是以高压大容量STATCOM与电池储能等技术为基础，以先进的同步控制方式为核心，达到改善并网点电压的动态特性，增强并网点电网强度的新型电力电子装置。该装置不仅具有平滑新能源的出力波动、改善电网电能质量、保障电网供电可靠性、参与系统调频调压等能力，而且更重要的是其可增强并网点电网强度，帮助接入设备的稳定运行。

对于传统的电池储能系统，直流侧所接入的电池单元是由若干电池模块串联组成，电池模块间的能量均衡则是通过每个模块所配备的电池管理系统(BMS)所实现。随着串联电池模块数目的增加，BMS会变得非常复杂。因此，一个电池单元所串联的电池模块数目会受到BMS复杂度的限制，从而限制了电池单元的最大直流电压。另外，传统电池储能系统中多采用两电平或三电平变流器，其交流侧输出电压波形质量较差，电压等级也受到直流侧所接电池单元最大直流电压的限制。为了接入中高压电网，则需要在该系统交流侧加装笨重的滤波装置以及升压变压器，从而带来整个系统成本较高，损耗严重以及系统可靠性较差等诸多问题。

模块化多电平拓扑(MMC)自从提出之后就得到学者广泛地研究和关注。模块化多电平拓扑具有诸多优点：模块化的设计、低开关频率、低功耗、高质量的频谱特性等。这些优点给模块化多电平变流器的制造，安装，维护带来了巨大方便，也使得其不用网侧变压器直接接入中高压电网。同时，其模块化的结构也为储能元件分布式接入变流器提供了一种可行性。该接入方式使得只需较低的储能元件直流电压，通过增加变流器桥臂串联子模块的个数，来实现较高的变流器交流侧输出电压等级。另外，系统能量分散在各个子模块当中，从而提高了整个系统的稳定性和可靠性。模块化多电平拓扑所具有的冗余特性也使得系统在发生故障时具有一定的故障穿越能力。因此，本发明选择基于模块化多电平拓扑结构的分布式储能作为静止同步发电机的换流器拓扑。

近年来，针对基于模块化多电平拓扑结构的分布式储能系统的研究还处于起步阶段。研究的热点主要集中在对该系统基本工作原理的分析，储能元件接入子模块所需后级DC-DC电路拓扑的选择以及系统控制方法等方面。其中，系统的控制方法是保证整个系统按所需工作方式正常运行的关键所在。已有的控制方法较少，有些方法只侧重于系统电容电压的平衡控制而忽略荷电状态的平衡控制；而有些方法仅利用子模块前级开关器件实现SoC平衡控制，对电容电压的平衡控制却不明确。同时，当子模块SoC出现差异时，该差异会影响电容电压平衡的动态特性。因此，亟须一种新型的控制方法来有效地解决上述问题，在实现电容电压和荷电状态平衡的基础上，使电容电压平衡控制获得更好的动态特性。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于模块化多电平拓扑结构的分布式储能系统的控制方法，该方法可以同时实现分布式储能系统中各子模块储能元件荷电状态平衡控制及电容电压平衡控制。

为达到上述目的，本发明所述的基于模块化多电平拓扑结构的分布式储能系统的控制方法包括分布式储能系统中各子模块储能元件荷电状态平衡控制及电容电压平衡控制；

所述分布式储能系统中各子模块储能元件荷电状态平衡控制包括以下步骤：

1.1)根据分布式储能系统中各子模块储能元件所配备的能量管理系统得到各子模块储能元件的荷电状态值SoC_ijk，其中，i＝1，2，3…N，N为桥臂中子模块储能元件的总数，j为u或l，u与l分别为上桥臂及下桥臂，k＝{a，b，c}，a、b及c分别表示分布式储能系统的三相；

1.2)根据步骤1.1)得到的各子模块储能元件的荷电状态值SoC_ijk得分布式储能系统中所有子模块储能元件荷电状态的平均值

1.3)将步骤1.2)得到的分布式储能系统中所有子模块储能元件荷电状态的平均值及步骤1.1)得到的各子模块储能元件的荷电状态值SoC_ijk得各子模块储能元件的电流指令值