[发明专利]基于SOC动态均衡子模块检索的分布式储能系统及控制方法

说明书

本发明提供了基于SOC动态均衡子模块检索的分布式储能系统及控制方法，该系统包括储能控制系统和储能系统主电路。其储能控制系统中包含DC/DC变换器调制信号发生模块、MMC子模块复合检索系统、电压电流闭环控制系统、桥臂环流控制系统，可实现对连接于电网的分布式储能系统的充放电、储能单元的SOC均衡以及桥臂环流的控制。其中，MMC子模块复合检索系统包括最近电平逼近阶梯波发生器和SOC动态均衡自主优化组合控制器，在最近电平逼近调制法的基础上结合一种依据子模块电容电压进行一次检索、依据储能单元SOC进行二次检索的子模块复合检索投入选择控制策略，以实现储能子模块的一致性控制。

技术领域

本发明涉及一种用于储能系统及其控制方法，尤其是涉及一种对通过模块化多电平变换器实现分布式储能的储能系统进行SOC动态均衡控制的综合控制系统。

背景技术

基于模块化多电平变流器(MMC)的分布式储能系统是一种可用于大规模储能的新型储能系统，由于其结构的固有特点，该储能系统可实现储能规模大大增加、储能系统抗风险能力大大增强。且由于其多模块的特点，分布式储能系统有相当灵活的可控性，因此其控制系统对其性能、功能等方面几乎起决定性作用。近年来，由于大型计算机与各种新型控制方法发展迅速，分布式储能系统得到了越来越多的重视。目前，分布式储能系统逐渐运用到削峰填谷、提高供电可靠性和电能质量、调频和优化网络潮流分布等诸多领域。

由于分布式储能系统有别于普通集中式储能系统，最大区别在于其使用的变换器为可无限拓展的多电平变流器。模块化多电平变流器有非常高的控制自由度，这也导致其控制方法相较于普通变流器更加复杂，且随着模块数量增加，其控制难度也随之增大。由于近年来分布式储能技术的发展，各种新的控制方法层出不穷，其控制理论体系也不断完善。相较于常规储能系统控制，分布式储能系统的控制除了实现控制闭环、能量流动外，还需要保证各个子模块之间的平衡。为了确保分布式储能系统能够高效稳定，储能子模块SOC均衡尤为重要。在此基础上，再对桥臂环流进行控制，使系统损耗减小，畸变率降低，保证系统高质量工作。对于模块化多电平变流器，其调制方法、闭环控制方法、环流控制方法以及子模块储能单元的SOC均衡策略均分别有文献进行说明，方法众多但通常只针对单一方面进行控制，用于控制整个储能系统的实用性方法尚有所欠缺。

当分布式储能系统子模块数量庞大时，使用最近电平逼近法对模块化多电平变流器进行调制是比较合理的，因为其有模块数量越多波形越理想的特点，且相较于其他调制方法更易于理解、便于实施。在变换器调制方法的基础上，实现系统闭环、储能单元充放电控制、子模块平衡控制以及桥臂环流控制，各部分互相配合以实现系统协调控制。

发明内容

针对现有技术的欠缺，本发明的目的是设计一种基于SOC动态均衡子模块复合检索的分布式大规模储能系统，并提出其控制方法，以实现大规模分布式储能控制。该控制系统可以实现变流器闭环稳定运行、控制储能系统充放电、储能子模块SOC均衡以及桥臂环流抑制，并可使各部分控制相互协调。

该分布式储能系统由储能控制系统和储能系统主电路两部分组成，所述的储能系统主电路，其储能单元分布在MMC的各个子模块中，其子模块前端为半桥式MMC单元，后端通过双向DC/DC变换器与储能单元相连，前后端之间是并联的子模块电容器，MMC有三相桥臂，每相桥臂均有2N个子模块，其中上桥臂N个子模块、下桥臂N个子模块，同一桥臂上的子模块通过半桥式MMC单元串联连接，上下桥臂之间接有桥臂电感，其中DC/DC变换器调制信号发生模块输出信号输送到各个子模块中双向DC/DC变换器的四个MOS管的栅极，MMC子模块复合检索系统输出信号输送到MMC桥臂各个IGBT的栅极。其中，该储能控制系统将储能系统主电路中采集到的直流侧桥臂电压和交流侧三相电流数据输送给电压电流闭环控制系统，电压电流闭环控制系统输出的信号与桥臂环流控制系统产生的修正信号叠加后得到的电压参考信号传递给MMC子模块复合检索系统，MMC子模块复合检索系统输出的信号作为开关管触发脉冲直接控制MMC各个子模块中半桥式MMC单元中IGBT的通断，DC/DC变换器调制信号发生模块根据预设参数直接生成触发信号控制子模块中的双向DC/DC变换器。