【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于储能系统控制，特别涉及一种基于超级电容的交流直挂式储能系统及其控制方法。
技术介绍
1、电网系统中，电气装置的自动保护和操作运行、大型电力设备的启动和停运、断路器的跳闸及重合等现象都会对电能质量产生不利影响，造成波形畸变、电压暂降、电压骤升、三相不平衡等系列问题。无论从用电的安全性、可靠性还是经济性等方面考虑，电能质量的改善对于电网与电气设备的安全与经济运行，保障安全生产有着极其重要的意义。
2、无功功率对网络稳态电压和系统干扰后的电压恢复有很大影响，传统的解决方案有3种：
3、1、采用svg、statcom等facts设备提供动态无功支持，快速注入/吸收无功功率，以缓解系统无功或电压的瞬态变化。
4、2、采用同步调相机提供类似于传统同步发电机的稳态和动态无功功率支持，同时具备提高系统旋转惯量和短路能力等优势。
5、3、采用基于储能电池的直挂式储能设备，该装置具备有功、无功四象限功率调节能力，同时可实现削峰填谷、平滑系统出力等优势。
6、然而方案1采用电力电子技术对交流输电系统的无功功率进行灵活快速调节，其应用相对成熟，但只具备无功的调节能力；方案2采用同步调相机，存在励磁损耗大、旋转噪声大、运行维护复杂、设备投资高等问题；方案3采用基于储能电池的直挂式储能方案，存在电池寿命有限、防火风险高、工作温度范围窄等缺点，同时无功的波动加剧了电池电流的纹波，进而使电池寿命进一步降低，不适合电网快速调频的应用场景。
7、上述3种方案无法很好的兼顾快速调节
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术提供了一种基于超级电容的交流直挂式储能系统，具体为：
2、一种基于超级电容的交流直挂式储能系统，其中，所述储能系统包括三条换流链，三条所述换流链的一端分别连接于交流电网的三相线路上，三条所述换流链的另一端互连，其中，
3、所述换流链包括多个级联的功率单元，所述功率单元包括级联全桥电路、超级电容充放电控制电路以及超级电容组件，其中，
4、所述级联全桥电路的交流侧级联；
5、所述超级电容充放电控制电路包括双向dc/dc模块，所述双向dc/dc模块的一侧与级联全桥电路的直流侧连接；
6、所述超级电容组件与双向dc/dc模块的另一侧连接。
7、进一步地，所述换流链还包括交流软启电路，所述交流软启电路与级联后的首个功率单元串联，每条换流链中级联后的末个功率单元互连。
8、进一步地，所述交流软启电路包括限流电阻、电阻旁路开关、交流断路器以及连接电抗器，其中，
9、所述交流断路器、电阻旁路开关和连接电抗器依次串联，限流电阻与电阻旁路开关并联。
10、进一步地，所述级联全桥电路的h桥包括并联的两个第一桥臂，第一桥臂中串联的上桥臂和下桥臂均包括开关管t1，开关管t1上反并联有二极管d1。
11、进一步地，所述级联全桥电路的交流侧还并联有旁路开关，旁路开关的一端连接在其中一个第一桥臂的上桥臂和下桥臂之间的连接点，另一端连接在另一个第一桥臂的上桥臂和下桥臂之间的连接点。
12、进一步地，所述级联全桥电路还包括支撑电容，其中，所述支撑电容并联在其中一个第一桥臂的两端。
13、进一步地，所述双向dc/dc模块包括第二桥臂，第二桥臂与支撑电容并联，其中，所述第二桥臂中串联的上桥臂和下桥臂均包括开关管t2，开关管t2上反并联有二极管d2。
14、进一步地，所述超级电容充放电控制电路还包括电感，所述超级电容组件与电感串联后与第二桥臂中的下桥臂并联。
15、进一步地，所述储能系统还包括：
16、上层控制单元，用于发出有功及无功出力指令；
17、储能综合控制单元，用于根据上层有功及无功出力指令，生成每个级联功率单元的控制指令；
18、单元控制板，用于根据控制指令，执行相应的级联全桥电路、超级电容充放电控制电路和旁路开关的动作指令。
19、本专利技术还提供一种基于超级电容的交流直挂式储能系统的控制方法，所述储能系统为如上述的储能系统，所述储能系统还包括储能综合控制单元，其中，所述控制方法包括超级电容充/放电控制，具体如下：
20、储能综合控制单元根据收到的上层有功指令pref或电压指令uref，并结合当前级联运行的功率单元个数n，计算出每个功率单元的有功指令prefk或电压指令urefk；
21、储能综合控制单元根据有功指令prefk或电压指令urefk与超级电容组件实测的有功功率psck或电压usck作差后，经过第一pi调节器和限幅环节，生成超级电容充放电控制电路的占空比dk，以实现不同功率单元之间的超级电容组件的电量状态soc均衡控制。
22、进一步地，系统允许状态位，分为三种情况：
23、soc≤socmin且超级电容组件处于充电模式，即pref>0；
24、soc≥socmax且超级电容组件处于放电模式，即pref＜0；
25、socmin≤soc≤socmax；
26、其中，socmin表示超级电容组件的电量状态最小值，socmax表示超级电容组件的电量状态最大值。
27、进一步地，当同时满足“充电模式pref>0”，“允许状态位＝1”，“使能位＝1”三个条件时，超级电容组件进入buck充电模式，此时dc/dc模块的上管处于开关状态，下管保持闭锁；
28、当同时满足“放电模式pref＜0”，“允许状态位＝1”，“使能位＝1”三个条件时，装置超级电容进入boost放电模式，此时dc/dc模块开关管的下管处于开关状态，上管保持闭锁。
29、进一步地，双向dc/dc模块开关管的触发控制由占空比dk与三角载波调制产生。
30、本专利技术还提供一种基于超级电容的交流直挂式储能系统的控制方法，所述储能系统为如上述的储能系统，其中，所述控制方法包括功率单元的无功功率控制，具体如下：
31、直流侧控制，用于实现各个级联全桥电路的h桥直流侧的电容电压平衡；
32、交流侧控制，用于通过对换流链输出电流大小和方向的控制，实现与交流电网交换的无功功率的控制。
33、本专利技术还提供一种基于超级电容的交流直挂式储能系统的控制方法，所述储能系统为如上述的储能系统，其中，所述控制方法包括功率单元的支撑电容电压均衡控制，具体如下：
34、计算各功率单元的支撑电容电压udcn相对支撑电容平均电压的偏差；
35、根据所述偏差对应调节各功率单元电压参考波，以改变各功率单元间相对的充电时间和放电时间，使各功率单元的支撑电容电压趋于一致。
36、本专利技术还提供一种基于超级电容的交流直挂式储能系统的控制方法，所述储能本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于超级电容的交流直挂式储能系统，其中，所述储能系统包括三条换流链，三条所述换流链的一端分别连接于交流电网的三相线路上，三条所述换流链的另一端互连，其中，
2.根据权利要求1所述的一种基于超级电容的交流直挂式储能系统，其中，所述换流链还包括交流软启电路，所述交流软启电路与级联后的首个功率单元串联，每条换流链中级联后的末个功率单元互连。
3.根据权利要求2所述的一种基于超级电容的交流直挂式储能系统，其中，所述交流软启电路包括限流电阻、电阻旁路开关、交流断路器以及连接电抗器，其中，
4.根据权利要求1所述的一种基于超级电容的交流直挂式储能系统，其中，所述级联全桥电路的H桥包括并联的两个第一桥臂，第一桥臂中串联的上桥臂和下桥臂均包括开关管T1，开关管T1上反并联有二极管D1。
5.根据权利要求4所述的一种基于超级电容的交流直挂式储能系统，其中，所述级联全桥电路的交流侧还并联有旁路开关，旁路开关的一端连接在其中一个第一桥臂的上桥臂和下桥臂之间的连接点，另一端连接在另一个第一桥臂的上桥臂和下桥臂之间的连接点。
6.根据权利
7.根据权利要求6所述的一种基于超级电容的交流直挂式储能系统，其中，所述双向DC/DC模块包括第二桥臂，第二桥臂与支撑电容并联，其中，所述第二桥臂中串联的上桥臂和下桥臂均包括开关管T2，开关管T2上反并联有二极管D2。
8.根据权利要求7所述的一种基于超级电容的交流直挂式储能系统，其中，所述超级电容充放电控制电路还包括电感，所述超级电容组件与电感串联后与第二桥臂中的下桥臂并联。
9.根据权利要求3-8任一项所述的一种基于超级电容的交流直挂式储能系统，其中，所述储能系统还包括：
10.一种基于超级电容的交流直挂式储能系统的控制方法，所述储能系统为如权利要求1-9任一项所述的储能系统，所述储能系统还包括储能综合控制单元，其中，所述控制方法包括超级电容充/放电控制，具体如下：
11.根据权利要求10所述的一种基于超级电容的交流直挂式储能系统的控制方法，其中，系统允许状态位，分为三种情况：
12.根据权利要求11所述的一种基于超级电容的交流直挂式储能系统的控制方法，其中，当同时满足“充电模式Pref>0”，“允许状态位＝1”，“使能位＝1”三个条件时，超级电容组件进入BUCK充电模式，此时DC/DC模块的上管处于开关状态，下管保持闭锁；
13.根据权利要求12所述的一种基于超级电容的交流直挂式储能系统的控制方法，其中，双向DC/DC模块开关管的触发控制由占空比Dk与三角载波调制产生。
14.一种基于超级电容的交流直挂式储能系统的控制方法，所述储能系统为如权利要求1-9任一项所述的储能系统，其中，所述控制方法包括功率单元的无功功率控制，具体如下：
15.一种基于超级电容的交流直挂式储能系统的控制方法，所述储能系统为如权利要求6-8任一项所述的储能系统，其中，所述控制方法包括功率单元的支撑电容电压均衡控制，具体如下：
16.一种基于超级电容的交流直挂式储能系统的控制方法，所述储能系统为如权利要求9所述的储能系统，其中，所述控制方法包括系统启动控制，具体如下：
17.一种基于超级电容的交流直挂式储能系统的控制方法，所述储能系统为如权利要求1-8任一项所述的储能系统，其中，所述控制方法包括系统停机控制，具体如下：
...【技术特征摘要】
1.一种基于超级电容的交流直挂式储能系统，其中，所述储能系统包括三条换流链，三条所述换流链的一端分别连接于交流电网的三相线路上，三条所述换流链的另一端互连，其中，
2.根据权利要求1所述的一种基于超级电容的交流直挂式储能系统，其中，所述换流链还包括交流软启电路，所述交流软启电路与级联后的首个功率单元串联，每条换流链中级联后的末个功率单元互连。
3.根据权利要求2所述的一种基于超级电容的交流直挂式储能系统，其中，所述交流软启电路包括限流电阻、电阻旁路开关、交流断路器以及连接电抗器，其中，
4.根据权利要求1所述的一种基于超级电容的交流直挂式储能系统，其中，所述级联全桥电路的h桥包括并联的两个第一桥臂，第一桥臂中串联的上桥臂和下桥臂均包括开关管t1，开关管t1上反并联有二极管d1。
5.根据权利要求4所述的一种基于超级电容的交流直挂式储能系统，其中，所述级联全桥电路的交流侧还并联有旁路开关，旁路开关的一端连接在其中一个第一桥臂的上桥臂和下桥臂之间的连接点，另一端连接在另一个第一桥臂的上桥臂和下桥臂之间的连接点。
6.根据权利要求4所述的一种基于超级电容的交流直挂式储能系统，其中，所述级联全桥电路还包括支撑电容，其中，所述支撑电容并联在其中一个第一桥臂的两端。
7.根据权利要求6所述的一种基于超级电容的交流直挂式储能系统，其中，所述双向dc/dc模块包括第二桥臂，第二桥臂与支撑电容并联，其中，所述第二桥臂中串联的上桥臂和下桥臂均包括开关管t2，开关管t2上反并联有二极管d2。
8.根据权利要求7所述的一种基于超级电容的交流直挂式储能系统，其中，所述超级电容充放电控制电路还包括电感，所述超级电容组件与电感串联后与第二桥臂中的下桥臂并联。
...
【专利技术属性】
技术研发人员：屈鲁，曾嵘，余占清，陈宇硕，赵彪，袁志昌，宋强，段金沛，崔康生，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：
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