一种中压直挂式储能变流系统及其启停控制方法与流程

1.本技术涉及技术领域，具体涉及一种中压直挂式储能变流系统及其启停控制方法。


背景技术：

2.储能变流装置是储能系统的重要组成部分，其承担了电池与交流电网间交、直流变换和功率双向传递的功能。
3.当前储能装置主要有以下两种结构：一)储能装置通过工频变压器接入电网，该结构存在在效率低、体积大、成本高等一系列问题；二)链式和mmc结构的储能装置，其中，mmc结构在复杂性、成本等方面，与链式结构相比具有一定劣势。链式结构储能装置多采用链式h桥直挂电池组，或者链式h桥经dc/dc变换器接电池组，其优点是结构简单，但变流器的器件数目和电能变换环节较多，效率提升困难且成本较高；同时，由于电池充放电功率无法得到有效控制，导致电池寿命降低。
4.储能装置中开关、模块数量众多，各设备启停时控制繁琐且有一定的逻辑顺序，误操作会带来较多的安全隐患，不利于储能系统的稳定运行。


技术实现要素：

5.本技术为了解决上述技术问题，提出了如下技术方案：
6.第一方面，本技术实施例提供了一种中压直挂式储能变流系统，包括：与交流电网电连接的高压交流装置和与储能端电连接的低压直流装置，所述高压交流装置和所述低压直流装置通过高频变压器电连接；高压交流装置为三相星型接线方式，每相由双h桥功率模块串联连接组成，所述低压直流装置为单h桥功率模块并联连接组成。
7.采用上述实现方式，采用共高频母线结构，高压交流装置和低压直流装置模块数各不相同，灵活性高，与链式结构相比，节约变换器的器件数目和电能变换环节，降低成本，提升变换效率。无需工频变压器，可直挂高压电网，可实现快速功率响应需求。
8.结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，所述双h桥功率模块包括低频h桥、第一直流电容和第一高频h桥，所述低频h桥、第一直流电容和第一高频h桥并联连接，所述低频h桥的输入端与交流电网电连接，所述第一高频h桥的输出端与第一高频变压器的输入端电连接，所述第一高频变压器的输出端与所述单h桥功率模块电连接。
9.结合第一方面第一种可能的实现方式，在第一方面第二种可能的实现方式中，所述单h桥功率模块包括第二高频h桥和第二直流电容，所述第二高频h桥和第二直流电容并联连接，所述第二高频h桥的输入端与第二高频变压器的输出端电连接，所述第二高频变压器的输入端与所述第一高频变压器的输出端电连接。
10.结合第一方面或第一方面第一或二种可能的实现方式，在第一方面第三种可能的实现方式中，所述低频h桥与交流电网之间设置有出线断路器，所述出线断路器的第一端与交流电网电连接，所述出线断路器的第二端与第一接触器的第一端电连接，所述第一接触
器的第二端与第一电感的第一端电连接，所述第一电感的第二端与所述低频h桥电连接，所述第一接触器并联连接第一旁路软启动电阻。
11.结合第一方面第三种可能的实现方式，在第一方面第四种可能的实现方式中，低压直流装置与储能端之间设置有第一直流断路器和第二直流断路器，所述第一直流断路器的第一端与储能端正极电连接，所述第一直流断路器的第二端与第二接触器的第一端电连接，所述第二接触器的第二端与第二电感的第一端电连接，所述第二电感的第二端与第一相单h桥功率模块电连接，所述第二接触器并联连接第二旁路软启动电阻；所述第二直流断路器的第一端与储能端负极电连接，所述第二直流断路器的第二端与第三接触器的第一端电连接，所述第三接触器的第二端与第三电感的第一端电连接，所述第三电感的第二端与第三相单h桥功率模块电连接，所述第三接触器并联连接第三旁路软启动电阻。
12.结合第一方面或第一方面第四种可能的实现方式，在第一方面第五种可能的实现方式中，所述储能端为储能电池组。
13.第二方面，本技术实施例提供了一种中压直挂式储能变流系统其中控制方法，运行工况为并网运行启动，用于控制权利第一方面或第一方面任一实现方式所述的中压直挂式储能变流系统，所述方法包括：
14.选择高压交流装置的控制模式为功率跟随控制方式，通过该控制实现高压交流装置和交流电网间交换的有功功率自动跟随低压直流装置的充电或放电功率，高压交流装置与交流电网交换的无功功率自动跟随上级调度下发的无功功率定值；
15.选择低压直流装置的控制模式为恒功率控制方式，通过该控制实现低压直流装置与储能电池间交换的有功功率自动跟随上级调度下发的有功功率定值；
16.闭合出线断路器为高压交流装置的第一直流电容充电，之后闭锁第一接触器和第一旁路软启电阻，再解锁低频h桥控制所有高压交流装置的第一直流电容电压平均值为设定的参考值，再解锁第一高频h桥给高频母线供电；
17.低压直流装置的第二高频h桥闭锁，高压交流装置通过高频母线给低压直流装置第二直流电容充电；
18.当低压直流装置电容电压与电池组总电压偏差小于设定值后，低压直流装置控制器闭合该端口的直流断路器，储能电池组接入低压直流装置；
19.低压直流装置控制器解锁该端口所有模块的第二高频h桥，恒功率模式投入运行；
20.低压直流装置启动完成后，发送信息给高压交流装置，由高压交流装置负责接收上级调度下发的有功功率和无功功率定值，并协调两个端口的整体运行。
21.第三方面，本技术实施例提供了一种中压直挂式储能变流系统其中控制方法，运行工况为并网运行停机，用于控制权利第一方面或第一方面任一实现方式所述的中压直挂式储能变流系统，所述方法包括：
22.低压直流装置控制器收到停机指令后，立即同步控制高压交流装置和所述低压直流装置的功率按预先设定的斜率下降为零；
23.高压交流装置和所述低压直流装置的功率降为零后，高压交流装置控制器协调高压交流装置和所述低压直流装置的高频h桥同时闭锁，高频母线失电；
24.高压交流装置和所述低压直流装置的高频h桥闭锁后，跳开低压直流装置的直流断路器，储能电池组退出运行，低压直流装置完成停机；
25.低压直流装置停机后，闭锁高压交流装置低频h桥，跳开高压交流装置并网开关，整机停运完成。
26.第四方面，本技术实施例提供了一种中压直挂式储能变流系统其中控制方法，运行工况为离网运行启动，用于控制权利第一方面或第一方面任一实现方式所述的中压直挂式储能变流系统，所述方法包括：
27.选择高压交流装置的低频h桥控制模式为v/f控制方式，高频h桥控制模式为直流电压控制方式；
28.选择低压直流装置的控制模式为跟随控制方式，通过该控制实现低压直流装置与储能电池间交换的有功功率自动跟随高压交流装置输出的有功功率；
29.闭合低压直流装置的直流断路器，储能电池组经软启电阻给低压直流装置第二直流电容充电，该阶段低压直流装置的第二高频h桥闭锁；
30.当低压直流装置电容电压与储能电池组总电压偏差小于设定值后，低压直流装置控制器闭合该端口的软启电阻旁路断路器，储能电池组接入低压直流装置；
31.低压直流装置控制器解锁低压直流装置所有模块的第二高频h桥，通过高频母线给高压交流装置模块的第一直流电容充电；
32.高压交流装置完成充电后，解锁高压交流装置的第一高频h桥，开启高压交流装置的第一高频h桥的恒压控制，对高压交流装置模块的第一直流电容电压平均值进行闭环控制；
33.高压交流装置的第一直流电容电压平均值在参考值附近稳定后，解锁高压交流装置低频h桥，高压交流装置低频h桥v/f控制模式投入运行；
34.储能变流器整机启动完成后，由高压交流装置负责接收上级调度下发的电压和频率定值，并协调高压交流装置和低压直流装置的整体运行。
35.第五方面，本技术实施例提供了一种一种中压直挂式储能变流系统其中控制方法，运行工况为离网运行停机，用于控制权利第一方面或第一方面任一实现方式所述的中压直挂式储能变流系统，所述方法包括：
36.高压交流装置控制器收到停机指令后，断开高压交流装置的出线断路器，切除储能变流器的外接负载；
37.高压交流装置的出线断路器至分位置后，高压交流装置控制器协调高压交流装置和所述低压直流装置的高频h桥同步闭锁，高频母线失电；
38.高压交流装置和所述低压直流装置的高频h桥闭锁后，断开低压直流装置的直流断路器，储能电池组退出运行，低压直流装置完成停机；
39.低压直流装置停机后，闭锁高压交流装置低频h桥,储能变流器整机停运。
附图说明
40.图1为本技术实施例提供的一种中压直挂式储能变流系统的结构示意图；
41.图2为本技术实施例提供的一种双h桥功率模块的结构示意图；
42.图3为本技术实施例提供的一种单h桥功率模块的示意图；
43.图4为本技术实施例提供的一种中压直挂式储能变流系统控制方法的流程示意图；
44.图5为本技术实施例提供的一种中压直挂式储能变流系统控制方法的流程示意图；
45.图6为本技术实施例提供的一种中压直挂式储能变流系统控制方法的流程示意图；
46.图7为本技术实施例提供的一种中压直挂式储能变流系统控制方法的流程示意图；
47.图1-7中，符号表示为：
48.h1-低频h桥，h2-第一高频h桥，h3-第二高频h桥，c1-第一直流电容，c2-第二直流电容，t1-第一高频变压器，t2-第二高频变压器，qs11-出线断路器，qs12-第一接触器，qs21-第一直流断路器，qs22-第二直流断路器，qs23-第二接触器，qs24-第三接触器，r1-第一旁路软启动电阻，r2-第二旁路软启动电阻，r3-第三旁路软启动电阻，l1-第一电感，l2-第二电感，l3-第三电感。
具体实施方式
49.下面结合附图与具体实施方式对本方案进行阐述。
50.实施例一：
51.图1为本技术实施例提供的一种中压直挂式储能变流系统的结构示意图，参见图1，本实施例中的中压直挂式储能变流系统包括：与交流电网电连接的高压交流装置和与储能端电连接的低压直流装置，所述高压交流装置和所述低压直流装置通过高频变压器电连接，所述储能端为储能电池组。本实施例中高压交流装置为三相星型接线方式，每相由双h桥功率模块串联连接组成，所述低压直流装置为单h桥功率模块并联连接组成。
52.参见图2，所述双h桥功率模块包括低频h桥h1、第一直流电容c1和第一高频h桥h2，所述低频h桥h1、第一直流电容c1和第一高频h桥h2并联连接，所述低频h桥h1的输入端与交流电网电连接，所述第一高频h桥h2的输出端与第一高频变压器t1的输入端电连接，所述第一高频变压器t1的输出端与所述单h桥功率模块电连接。
53.参见图3，所述单h桥功率模块包括第二高频h桥h3和第二直流电容c2，所述第二高频h桥h3和第二直流电容c2并联连接，所述第二高频h桥h3的输入端与第二高频变压器t2的输出端电连接，所述第二高频变压器t2的输入端与所述第一高频变压器t1的输出端电连接。
54.进一步参见图1，所述低频h桥h1与交流电网之间设置有出线断路器qs11，所述出线断路器qs11的第一端与交流电网电连接，所述出线断路器qs11的第二端与第一接触器qs12的第一端电连接，所述第一接触器qs12的第二端与第一电感l1的第一端电连接，所述第一电感l1的第二端与所述低频h桥h1电连接，所述第一接触器qs12并联连接第一旁路软启动电阻r1。
55.低压直流装置与储能端之间设置有第一直流断路器qs21和第二直流断路器qs22，所述第一直流断路器qs21的第一端与储能端正极电连接，所述第一直流断路器qs21的第二端与第二接触器qs23的第一端电连接，所述第二接触器qs23的第二端与第二电感l2的第一端电连接，所述第二电感l2的第二端与第一相单h桥功率模块电连接，所述第二接触器qs23并联连接第二旁路软启动电阻r2。
56.所述第二直流断路器qs22的第一端与储能端负极电连接，所述第二直流断路器qs22的第二端与第三接触器qs24的第一端电连接，所述第三接触器qs24的第二端与第三电感l3的第一端电连接，所述第三电感l3的第二端与第三相单h桥功率模块电连接，所述第三接触器qs24并联连接第三旁路软启动电阻r3。
57.与上述实施例提供的一种中压直挂式储能变流系统相对应，本技术还提供了针对中压直挂式储能变流系统启停控制的实施例。
58.实施例二：
59.本实施例提供了一种中压直挂式储能变流系统控制方法，具体地为中压直挂式储能变流系统并网运行启动控制方法。参见图4，所述方法包括：
60.s101，选择高压交流装置的控制模式为功率跟随控制方式，通过该控制实现高压交流装置和交流电网间交换的有功功率自动跟随低压直流装置的充电或放电功率，高压交流装置与交流电网交换的无功功率自动跟随上级调度下发的无功功率定值。
61.s102，选择低压直流装置的控制模式为恒功率控制方式，通过该控制实现低压直流装置与储能电池间交换的有功功率自动跟随上级调度下发的有功功率定值。
62.s103，闭合出线断路器为高压交流装置的第一直流电容充电，之后闭锁第一接触器和第一旁路软启电阻，再解锁低频h桥控制所有高压交流装置的第一直流电容电压平均值为设定的参考值，再解锁第一高频h桥给高频母线供电。
63.s104，低压直流装置的第二高频h桥闭锁，高压交流装置通过高频母线给低压直流装置第二直流电容充电。
64.s105，当低压直流装置电容电压与电池组总电压偏差小于设定值后，低压直流装置控制器闭合该端口的直流断路器，储能电池组接入低压直流装置。
65.s106，低压直流装置控制器解锁该端口所有模块的第二高频h桥，恒功率模式投入运行。
66.s107，低压直流装置启动完成后，发送信息给高压交流装置，由高压交流装置负责接收上级调度下发的有功功率和无功功率定值，并协调两个端口的整体运行。
67.实施例三：
68.本实施例提供了一种中压直挂式储能变流系统控制方法，具体地为中压直挂式储能变流系统并网运行停机控制方法。参见图5，所述方法包括：
69.s201，低压直流装置控制器收到停机指令后，立即同步控制高压交流装置和所述低压直流装置的功率按预先设定的斜率下降为零。
70.s202，高压交流装置和所述低压直流装置的功率降为零后，高压交流装置控制器协调高压交流装置和所述低压直流装置的高频h桥同时闭锁，高频母线失电。
71.s203，高压交流装置和所述低压直流装置的高频h桥闭锁后，跳开低压直流装置的直流断路器，储能电池组退出运行，低压直流装置完成停机。
72.s204，低压直流装置停机后，闭锁高压交流装置低频h桥，跳开高压交流装置并网开关，整机停运完成。
73.实施例四：
74.本实施例提供了一种中压直挂式储能变流系统控制方法，具体地为中压直挂式储能变流系统离网运行启动控制方法。参见图6，所述方法包括：
75.s301，选择高压交流装置的低频h桥控制模式为v/f控制方式，高频h桥控制模式为直流电压控制方式。
76.s302，选择低压直流装置的控制模式为跟随控制方式，通过该控制实现低压直流装置与储能电池间交换的有功功率自动跟随高压交流装置输出的有功功率。
77.s303，闭合低压直流装置的直流断路器，储能电池组经软启电阻给低压直流装置第二直流电容充电，该阶段低压直流装置的第二高频h桥闭锁。
78.s304，当低压直流装置电容电压与储能电池组总电压偏差小于设定值后，低压直流装置控制器闭合该端口的软启电阻旁路断路器，储能电池组接入低压直流装置。
79.s305，低压直流装置控制器解锁低压直流装置所有模块的第二高频h桥，通过高频母线给高压交流装置模块的第一直流电容充电。
80.s306，高压交流装置完成充电后，解锁高压交流装置的第一高频h桥，开启高压交流装置的第一高频h桥的恒压控制，对高压交流装置模块的第一直流电容电压平均值进行闭环控制。
81.s307，高压交流装置的第一直流电容电压平均值在参考值附近稳定后，解锁高压交流装置低频h桥，高压交流装置低频h桥v/f控制模式投入运行。
82.s308，储能变流器整机启动完成后，由高压交流装置负责接收上级调度下发的电压和频率定值，并协调高压交流装置和低压直流装置的整体运行。
83.实施例五：
84.本实施例提供了一种中压直挂式储能变流系统控制方法，具体地为中压直挂式储能变流系统离网运行停机控制方法。参见图7，所述方法包括：
85.s401，高压交流装置控制器收到停机指令后，断开高压交流装置的出线断路器，切除储能变流器的外接负载。
86.s402，高压交流装置的出线断路器至分位置后，高压交流装置控制器协调高压交流装置和所述低压直流装置的高频h桥同步闭锁，高频母线失电。
87.s403，高压交流装置和所述低压直流装置的高频h桥闭锁后，断开低压直流装置的直流断路器，储能电池组退出运行，低压直流装置完成停机。
88.s404，低压直流装置停机后，闭锁高压交流装置低频h桥,储能变流器整机停运。
89.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。