一种级联型储能系统及其预充电控制方法

本发明涉及电网，特别涉及一种级联型储能系统及其预充电控制方法。

背景技术：

1、级联型储能系统在能量转换效率、电池容量利用率以及安全性等关键方面展现出了显著优势，在高压储能电力系统中具有良好的应用前景。

2、级联型储能系统各相中串联多个功率子模块，各功率子模块中接入有储能元件，其表现的电压源特性受储能元件的电学特性影响较大，且在并网中，需要级联型储能装置的电压大于并网点电压才能并网，其中，为保障储能元件的电池容量利用率，其配置的容量与适配的电网电压匹配性高，而功率子模块之间的实际参数会存在一定的差异，使得其电源特性会存在差异，在预充电中，各功率子模块的充电效率会存在差异，进而导致在并网后，各功率子模块的输入输出功率存在差异，该差异会降低并网输出电压的稳定性，影响供电效率。

技术实现思路

1、基于此，本发明的目的是提供一种级联型储能系统及其预充电控制方法，以解决现有技术中的级联型储能系统在并网后的供电稳定性差的问题。

2、本发明一方面提供一种级联型储能系统的预充电控制方法，包括：根据预设调控周期持续调控目标相各功率子模块的投切状态，以均衡各功率子模块的直流侧电压，直至各功率子模块的直流侧电压均达到并网电压，其中，单个调控周期的调控步骤包括：

3、采集目标相各功率子模块的直流侧电压，并基于所述直流侧电压、采用并行排序法获得目标相中各功率子模块直流侧电压的大小排序信息；

4、比较各功率子模块的直流侧电压与预设的第一参考电压；

5、在各功率子模块的直流侧电压未均达到所述第一参考电压时，保持目标相所有功率子模块为投入充电状态；

6、在各功率子模块的直流侧电压均达到所述第一参考电压时，根据预设的切除数量和所述大小排序信息按照由大至小的顺序获得目标功率子模块，并切除所述目标功率子模块，以暂停所述目标功率子模块的充电；

7、以及，监测所述目标相的实时充电功率，并在所述实时充电功率小于预设功率时，增加所述切除数量，以增加充电功率；

8、其中，所述功率子模块包括全桥变流器、功率电容器和储能电池，所述功率电容器与所述全桥变流器串联，所述储能电池与所述功率电容器并联。

9、可选地，单个调控周期的调控步骤还包括：采集所述目标相的充电电流，并在所述充电电流小于预设的第一参考电流时，解除预设的充电电流限制。

10、可选地，监测所述目标相的实时充电功率，并在所述实时充电功率小于预设功率时，增加所述切除数量的步骤包括：采集所述目标相的充电电流，并在所述充电电流每次小于预设的第二参考电流时，确认所述实时充电功率小于预设功率。

11、可选地，监测所述目标相的实时充电功率，并在所述实时充电功率小于预设功率时，增加所述切除数量的步骤还包括：比较各功率子模块的直流侧电压与预设的下一阶段参考电压，在各功率子模块的直流侧电压均达到下一阶段第二参考电压时，确认所述实时充电功率小于预设功率。

12、本发明还提供一种级联型储能系统，其采用上述的预充电控制方法进行并网前的预充电调控。

13、可选地，功率子模块包括全桥变流器、功率电容器和储能单元，所述功率电容器与所述全桥变流器串联，所述储能单元与所述功率电容器并联，且所述储能单元的正端与所述功率电容器的正端之间串联有第一电感器。

14、可选地，所述全桥变流器中的整流元件为开关晶体管和与所述开关晶体管并联的二极管，以在所述全桥变流器中的各开关晶体管均为断开时，通过所述二极管实现对输入交流的整流，进而实现对所述功率电容器和所述储能单元的充电。

15、可选地，所述级联型储能系统的各相主回路中均串联有第一接触器、电抗器和限流电阻器，以及与所述限流电阻器并联的第二接触器。

16、本发明提供的级联型储能系统的预充电控制方法包括：根据预设调控周期持续调控目标相各功率子模块的投切状态，以均衡各功率子模块的直流侧电压，直至各功率子模块的直流侧电压均达到并网电压，其中，在单个调控周期中，在各功率子模块的直流侧电压均达到第一参考电压时，按照由大至小的顺序切除部分直流侧电压较大的功率子模块，以暂停其充电，并随着调控的持续进行，实时调整切除的功率子模块，可有效均衡各功率子模块的电压，提高并网后的输出电压调控精度，提高并网效率，同时可避免部分功率子模块过充；且在各功率子模块的直流侧电压均达到第一参考电压时，切除部分高压功率子模块，在切除后，还可提高充电电流，增加预充电完成速度；在电压排序中，采用并行排序法，可在三个运算周期完成，可有效保障调控速度，提高并网效率。本发明提供的级联型储能系统的预充电控制方法可有效实现系统预充电中各功率子模块的储能电量均衡，可有效避免出现过充问题，且完成预充电速度快，可有效提高系统并网效率。

技术特征：

1.一种级联型储能系统的预充电控制方法，其特征在于，包括：根据预设调控周期持续调控目标相各功率子模块的投切状态，以均衡各功率子模块的直流侧电压，直至各功率子模块的直流侧电压均达到并网电压，其中，单个调控周期的调控步骤包括：

2.根据权利要求1所述的级联型储能系统的预充电控制方法，其特征在于，单个调控周期的调控步骤还包括：采集所述目标相的充电电流，并在所述充电电流小于预设的第一参考电流时，解除预设的充电电流限制。

3.根据权利要求1所述的级联型储能系统的预充电控制方法，其特征在于，监测所述目标相的实时充电功率，并在所述实时充电功率小于预设功率时，增加所述切除数量的步骤包括：采集所述目标相的充电电流，并在所述充电电流每次小于预设的第二参考电流时，确认所述实时充电功率小于预设功率。

4.根据权利要求1所述的级联型储能系统的预充电控制方法，其特征在于，监测所述目标相的实时充电功率，并在所述实时充电功率小于预设功率时，增加所述切除数量的步骤还包括：比较各功率子模块的直流侧电压与预设的下一阶段参考电压，在各功率子模块的直流侧电压均达到下一阶段第二参考电压时，确认所述实时充电功率小于预设功率。

5.一种级联型储能系统，其特征在于，所述级联型储能系统采用权利要求1至4任一项所述的预充电控制方法进行并网前的预充电调控。

6.根据权利要求5所述的级联型储能系统，其特征在于，功率子模块包括全桥变流器、功率电容器和储能单元，所述功率电容器与所述全桥变流器串联，所述储能单元与所述功率电容器并联，且所述储能单元的正端与所述功率电容器的正端之间串联有第一电感器。

7.根据权利要求6所述的级联型储能系统，其特征在于，所述全桥变流器中的整流元件为开关晶体管和与所述开关晶体管并联的二极管，以在所述全桥变流器中的各开关晶体管均为断开时，通过所述二极管实现对输入交流的整流，进而实现对所述功率电容器和所述储能单元的充电。

8.根据权利要求5所述的级联型储能系统的预充电控制方法，其特征在于，所述级联型储能系统的各相主回路中均串联有第一接触器、电抗器和限流电阻器，以及与所述限流电阻器并联的第二接触器。

技术总结本发明提供一种级联型储能系统及其预充电控制方法，其在各功率子模块的直流侧电压均达到第一参考电压时，按照由大至小的顺序选择切除部分直流侧电压较大的功率子模块，以暂停其充电，并随着调控的持续进行，实时调整切除的功率子模块，可有效均衡各功率子模块的电压；在电压排序中，采用并行排序法，可在三个运算周期完成，可有效保障调控速度，提高并网效率。本发明提供的级联型储能系统及其预充电控制方法可有效实现系统预充电中各功率子模块的储能电量均衡，可有效避免出现过充问题，且切除高储能量的功率子模块可提高投入的功率子模块的充电速度，加快预充电完成速度，可有效提高系统并网效率。技术研发人员：张扬,卢引引,代朋伟,刘怡航,李述辉,祝泽奕,卓尚林,周焦文,文志榕,姬跃跃,江心慰,吴亚楠,田赟祥,丁小华,夏雪峰,刘静,单惠敏,徐昱文,梁骏杰受保护的技术使用者：南昌工程学院技术研发日：技术公布日：2024/7/29