一种海岛分布式储能逆变系统及其能量管理方法技术方案

本发明专利技术公开了一种海岛分布式储能逆变系统及其能量管理方法。所述分布式储能逆变系统包括：能量管理协调控制器、风机/光伏板、分布式储能逆变器、交流母线、自启动电源和辅助电源。所述能量管理方法包括：储能电池能量均衡充放电管理步骤、储能系统充放电高效率门槛自适应切换步骤和储能电池预充电方法。本发明专利技术技术方案能够有效均衡分布式储能系统之间各电池荷电量，防止局部储能逆变系统的不稳定性蔓延到整个海岛供电系统，降低海岛供电系统的弃光率、弃风率和储能系统容量，提高新能源发电效率、储能逆变系统输出电能质量和储能系统转化效率，进而增强分布式储能逆变系统一次调频和平抑风机/光伏输出波动的能力。和平抑风机/光伏输出波动的能力。和平抑风机/光伏输出波动的能力。

【技术实现步骤摘要】
一种海岛分布式储能逆变系统及其能量管理方法


[0001]本专利技术涉及新能源分布式发电
，具体涉及一种海岛分布式储能逆变系统及其能量管理方法。

技术介绍

[0002]目前偏远岛屿的供电系统通常由风力发电机、太阳能电池、柴油发电机和储能系统构成。这种风光柴储一体供电系统的风机、光伏等微电源出力具有较大的随机性，因此风力/光伏逆变器直流侧存在频繁的电压波动。利用储能系统的快速响应性和出色的爬坡能力，能够在很大程度上减轻海岛供电系统一次调频和平抑风机、光伏输出波动的负担，提高供电系统输出电能质量。
[0003]在分布式储能发电系统中，各个风电机组和光伏阵列受不同位置风量、光照强度等因素影响，导致其输出的功率大小各不相同，经过一段运行时间后，每个分布式储能系统的荷电状态将出现较大差异，荷电量过多或者过少的分布式储能逆变系统，其一次调频和平抑风机、光伏输出波动能力将大幅下降，甚至提前退出发电系统，影响整个供电系统的稳定，增大了弃光率和弃风率，因而分布式储能逆变系统参与发电过程的可持续性低。
[0004]现有技术中，针对电池平衡的方法局限于快速抹平微电源间发电不一致所导致的分布式电池组荷电量差额，保持各个电池组拥有等长充放电时间，避免储能过少的分布式储能逆变系统因调频调压能力不足而丧失发电功能，这种方法的缺点在于，在实现分布式电池组间荷电量快速平衡过程中，牺牲了分布式储能逆变系统在发电过程中最重要的一次调频和平抑光伏输出波动的功能，使得局部储能逆变系统输出的较差质量电能蔓延到整个海岛供电系统中。另一方面，忽视了分布式储能系统进行不同功率的能量充放电时，内部变换器转化效率的差异，这种效率差异导致的分布式储能系统间能量损耗差异，在储能系统一充一放之间成几何倍数增大，因而不得不增大储能电池容量以弥补损耗，加重了分布式储能系统间的荷电状态不均衡现象，进一步降低了可再生能源利用率。
[0005]中国专利公开号CN109728647A，公开了一种智慧海岛微电网能量管理系统，其通过发电模块、储能模块以及能量管理模块等解决开发利用中的应用电源保障问题以及智慧海岛系统集成的技术问题，但未能解决发电过程中的可持续性低、转化过程中损耗高等方面的问题。

技术实现思路

[0006]为解决上述问题，本专利技术提供一种海岛分布式储能逆变系统及其能量管理方法，能够均衡海岛供电系统各个分布式储能系统荷电量的同时，确保分布式储能逆变系统参与海岛供电系统一次调频和平抑光伏输出波动的能力和可持续性，并降低由储能系统内部变换器输出效率差异；本专利技术公开了一种海岛分布式储能逆变系统，包括：能量管理协调控制器、风机/光伏板、分布式储能逆变器、交流母线、自启动电源和辅助电源；所述能量管理协调控制器分别与风机/光伏板、分布式储能逆变器和交流母线通讯连接，用于采集电气参
数，并下发能量管理指令；所述风机/光伏板分别与自启动电源和分布式储能逆变器电连接；所述分布式储能逆变器与交流母线电连接；所述交流母线与辅助电源电连接；所述辅助电源与自启动电源通过二极管对顶电连接后与分布式储能逆变器电连接，用于分布式储能逆变器内部辅助供电和储能电池预充电。
[0007]优选的，所述分布式储能逆变器包括：MPPT模块、DC/AC模块、主双向DCDC变换器、备双向DCDC变换器和储能系统；所述MPPT模块与DC/AC模块电连接，连接线构成直流母线；所述主双向DCDC变换器和备双向DCDC变换器分别通过断路器与直流母线电连接，另一端与储能系统电连接；所述主双向DCDC变换器和备双向DCDC变换器完全相同。
[0008]优选的，所述储能系统，包括：高效率门槛自适应切换模块、微处理器、蓄电池检测模块、储能电池一和储能电池二；所述蓄电池检测模块分别与储能电池一、储能电池二连接，用以检测储能电池实时荷电量和功率吞吐量；所述微处理器分别与蓄电池检测模块和高效率门槛自适应切换模块通讯连接，高效率门槛自适应切换模块根据一次调频和平抑风机/光伏输出波动所需功率，自适应投切相应数量的双向DCDC变换器和储能电池。
[0009]本专利技术还公开了一种海岛分布式储能逆变能量管理方法，包括：储能电池能量均衡充放电管理步骤、储能系统充放电高效率门槛自适应切换步骤和储能电池过放区预充电步骤；
[0010]所述储能电池能量均衡充放电管理步骤：通过储能电池荷电量划分荷电状态区域，根据各个储能系统所处区域、一次调频和平抑风机/光伏输出功率波动调整指令，对储能电池实施不同程度功率的充放电；
[0011]所述储能系统充放电高效率门槛自适应切换步骤：通过规定一次调频和平抑风机/光伏输出波动的门槛功率，划分高效率功率输出区域，根据储能系统的功率输出区域，自适应投切相应数量的双向DCDC变换器和储能电池，扩充双向DCDC变换器的最高效率功率输出区间，并保持足够功率的吞吐量，以最高效率进行充放电；
[0012]所述储能电池过放区预充电步骤：储能电池进入过放区后，由辅助电源执行预充电模式，双向DCDC变换器停止充电，通过辅助电源以0.01倍至0.1倍的储能电池额定充电电流预充电，使其进入调频放电限制区，随后由主或备双向DCDC变换器接管储能电池充电过程。
[0013]优选的，所述储能电池能量均衡充放电管理步骤，还包括以下具体步骤：
[0014]步骤1：初始化能量管理协调控制器，对储能系统设置荷电量状态，包括：
[0015]储能电池充放电荷电量常规值：SOC
_target
，
[0016]储能电池充放电荷电量常规值上下限限制值：SOC
target_up
、SOC
target_low
；
[0017]储能电池荷电量上下限限制值：SOC1
_up
＝SOC2
_up、
SOC1
_low
＝SOC2
_low
，
[0018]共同荷电量上下限限制值：SOC
_up
＝2SOC1
_up
、SOC
_low
＝2SOC1
_low
；
[0019]抑制直流侧功率下沉，储能系统放电最低荷电量：SOC
dc_low
；
[0020]抑制直流侧功率上浮，储能系统充电最高荷电量：SOC
dc_up
；
[0021]步骤2：根据步骤1的设置值，以预设储能电池充放电控制荷电量常规值SOC
_target
为基准，根据储能电池的荷电量SOC
_t
将储能系统分为六个区域，包括：
[0022]过放区：0≤SOC
_t
＜SOC
_low
；
[0023]调频放电禁止区：SOC
_low
≤SOC
_t
＜SOC
dc_low
；
[0024]下调备用区：SOC
dc_low
≤SOC...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海岛分布式储能逆变系统，其特征在于，包括：能量管理协调控制器、风机/光伏板、分布式储能逆变器、交流母线、自启动电源和辅助电源；所述能量管理协调控制器分别与风机/光伏板、分布式储能逆变器和交流母线通讯连接，用于采集电气参数，并下发能量管理指令；所述风机/光伏板分别与自启动电源和分布式储能逆变器电连接；所述分布式储能逆变器与交流母线电连接；所述交流母线与辅助电源电连接；所述辅助电源与自启动电源通过二极管对顶电连接后与分布式储能逆变器电连接，用于分布式储能逆变器内部辅助供电和储能电池预充电。2.根据权利要求1所述的一种海岛分布式储能逆变系统，其特征在于，所述分布式储能逆变器包括：MPPT模块、DC/AC模块、主双向DCDC变换器、备双向DCDC变换器和储能系统；所述MPPT模块与DC/AC模块电连接，连接线构成直流母线；所述主双向DCDC变换器和备双向DCDC变换器分别通过断路器与直流母线电连接，另一端与储能系统电连接；所述主双向DCDC变换器和备双向DCDC变换器完全相同。3.根据权利要求2所述的一种海岛分布式储能逆变系统，其特征在于，所述储能系统，包括：高效率门槛自适应切换模块、微处理器、蓄电池检测模块、储能电池一和储能电池二；所述蓄电池检测模块分别与储能电池一、储能电池二连接，用以检测储能电池实时荷电量和功率吞吐量；所述微处理器分别与蓄电池检测模块和高效率门槛自适应切换模块通讯连接，高效率门槛自适应切换模块根据一次调频和平抑风机/光伏输出波动所需功率，自适应投切相应数量的双向DCDC变换器和储能电池。4.一种应用于权利要求1
‑
3任一项所述的海岛分布式储能逆变系统的能量管理方法，其特征在于，包括：储能电池能量均衡充放电管理步骤、储能系统充放电高效率门槛自适应切换步骤和储能电池过放区预充电步骤；所述储能电池能量均衡充放电管理步骤：通过储能电池荷电量划分荷电状态区域，根据各个储能系统所处区域、一次调频和平抑风机/光伏输出功率波动调整指令，对储能电池实施不同程度功率的充放电；所述储能系统充放电高效率门槛自适应切换步骤：通过规定一次调频和平抑风机/光伏输出波动的门槛功率，划分高效率功率输出区域，根据储能系统的功率输出区域，自适应投切相应数量的双向DCDC变换器和储能电池，扩充双向DCDC变换器的最高效率功率输出区间，并保持足够功率的吞吐量，以最高效率进行充放电；所述储能电池过放区预充电步骤：储能电池进入过放区后，由辅助电源执行预充电模式，双向DCDC变换器停止充电，通过辅助电源以0.01倍至0.1倍的储能电池额定充电电流预充电，使其进入调频放电限制区，随后由主或备双向DCDC变换器接管储能电池充电过程。5.根据权利要求4所述的一种能量管理方法，其特征在于，所述储能电池能量均衡充放电管理步骤，包括以下具体步骤：步骤1：初始化能量管理协调控制器，对储能系统设置荷电量状态，包括：储能电池充放电荷电量常规值：SOC
_target
，储能电池充放电荷电量常规值上下限限制值：SOC
target_up
、SOC
target_low
；储能电池荷电量上下限限制值：SOC1
_up
＝SOC2
_up
、SOC1
_low
＝SOC2
_low
，共同荷电量上下限限制值：SOC
_up
＝2SOC1
_up
、SOC
_low
＝2SOC1
_low
；抑制直流侧功率下沉，储能系统放电最低荷电量：SOC
dc_low
；
抑制直流侧功率上浮，储能系统充电最高荷电量：SOC
dc_up
；步骤2：根据步骤1的设置值，以预设储能电池充放电控制荷电量常规值SOC
_target
为基准，根据储能电池的荷电量SOC
_t
将储能系统分为六个区域，包括：过放区：0≤SOC
_t
＜SOC
_low
；调频放电禁止区：SOC
_low
≤SOC
_t
＜SOC
dc_low
；下调备用区：SOC
dc_low
≤SOC
_t
＜SOC
target_low
；均衡备用区：SOC
target_low
≤SOC
_t
≤SOC
target_up
；上调备用区：SOC
target_up
＜SOC
_t
≤SOC
dc_up
；调频充电禁止区：SOC
dc_up
＜SOC
_t
≤SOC
_up
；步骤3：根据各个储能系统所处区域，储能系统对储能电池实施不同程度功率的充放电控制，包括：均衡备用区：该区域内的电池荷电量能够同时满足平抑直流侧功率下沉/...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁勇，梁磊乐，李民英，陈宇，胡建春，
申请(专利权)人：广东志成冠军集团有限公司，
类型：发明
国别省市：