一种超大规模储能系统控制保护装置

1.一种超大规模储能系统控制保护装置，所述储能系统由依次连接的换流链、DC/DC变换模块、若干柔性连接模块及其对应的电池模组组成，其特征在于，所述装置包括：换流链控制保护模块、直流场控制保护模块和监测主机；所述换流链控制保护模块分别与所述换流链、直流场控制保护模块和与所述储能系统接入的电网系统连接；所述直流场控制保护模块分别与所述DC/DC变换模块、柔性连接模块和电池模组连接；所述监测主机分别与所述换流链控制保护模块和直流场控制保护模块连接；所述换流链控制保护模块，用于根据所述监测主机的有功调度值和无功调度值生成PWM触发控制信号控制所述换流链中各个功率模块的通断，并根据所述换流链中功率模块的荷电值确定荷电参考值，将该荷电参考值发送至所述直流场控制保护模块，其中，当所述电网系统或储能系统中的换流链发生故障时，断开所述换流链与电网系统之间的接入开关；所述直流场控制保护模块，用于根据所述荷电参考值控制DC/DC变换模块的通断，并根据所述荷电参考值确定电池模组荷电参考值控制所述电池模组的充放电，其中，当所述储能系统中的直流场发生故障时，控制发生故障电池模组对应的柔性连接模块关断或控制与发生故障电池模组同簇的电池模组对应的柔性连接模块以及所述DC/DC变换模块关断，或控制所述储能系统接入电网系统的开关关断；所述监测主机，用于监测所述超大规模储能系统的电压电流及状态信息，并将有功调度值和无功调度值实时发送至所述换流链控制保护模块；所述直流场包括所述储能系统中的DC/DC变换模块、柔性连接模块和电池模组。 2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述根据所述监测主机的有功调度值和无功调度值生成PWM触发控制信号，包括：根据有功调度值P ref 和无功调度值Q ref 确定调制信号的交流参考量d轴分量V acjref_d 和q轴分量V acjref_q ；将调制信号的交流参考量d轴分量V acjref_d 和q轴分量V acjref_q 经过PARK反变换得到调制信号的交流参考量V acjref ，并根据调制信号的交流参考量V acjref 确定调制波电压；利用调制波电压与预设的三角载波信号比较产生的PWM触发控制信号控制功率模块通断；其中，按下式确定所述调制波电压V jki_ref ：V dcjref 为调制波电压的直流参考量；当k＝u时，桥臂为上桥臂且α＝1，当k＝d时，桥臂为下桥臂且α＝-1； 为调制波电压的交流增量， 为调制波电压的直流增量，N为换流链中的功率模块的数量。 3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，按下式确定所述调制信号的交流参考量d轴分量V acjref_d ：按下式确定所述调制信号的交流参考量q轴分量V acjref_q ：其中，i d 为交流输入电流d轴分量，u d 为电网电压d轴电压分量，i q 为交流输入电流q轴分量，u q 为电网电压q轴分量，i d 、u d 、i q 和u q 由电网系统的电压V g 和交流输入电流I g 经过PARK变换得到，k p1 和k i1 分别为第一参考比例系数和第一参考积分系数。 4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，按下式确定所述调制波电压的交流参考量V dcjref ：其中，V dc 功率模块的直流电压值，k p2 和k i2 分别为第二参考比例系数和第二参考积分系数；k arm 为桥臂比例系数，V 0 为需要注入的零序电压分量， 为电网电压与交流输入电流的相位差， 为零序电压与交流输入电流的相位差， 为储能系统总充电放电功率；k ph 为相功率比例系数； 为全部功率模块的SOC平均值； 为第j相的所有功率模块的SOC平均值； 为零序电压与电网电压的相位差，i ju 为上桥臂电流，i jd 为下桥臂电流。 5.如权利要求2所述的装置，其特征在于，按下式确定调制波电压的交流增量 其中， 为第j相k桥臂中所有功率模块的荷电状态均值，S在功率模块处于充电状态时取1，处于放电状态时取-1，k sm 为修正比例系数，SOC jki 为第j相k个桥臂第i个功率模块的荷电状态，I acjk 为桥臂电流交流分量。 6.如权利要求2所述的装置，其特征在于，按下式确定调制波电压的直流增量 其中， 为第j相k桥臂中所有功率模块的荷电状态均值，S在功率模块处于充电状态时取1，处于放电状态时取-1，k sm 为修正比例系数，SOC jki 为第j相k个桥臂第i个功率模块的荷电状态，I dcj 为桥臂电流直流分量。 7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述根据所述换流链中功率模块的荷电值确定荷电参考值，包括：按下式确定所述功率模块的荷电参考值SOC jkiref ：其中，t为当前时间，t 0 为所述储能装置的启动时间，SOC jki (t 0 )为第j相k桥臂第i个功率模块的起始荷电状态，k 1 为直流场第一比例系数，p jki (t)为第j相k桥臂第i个功率模块的功率值。 8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，当所述电网系统发生过压或欠压，或其负序电压分量大于负序电压阈值，则所述电网系统发生故障；当所述换流链发生过流，或所述换流链中可运行的功率模块数量小于安全运行预设值，或所述换流链的输出电压频率大于频率阈值，则所述换流链发生故障。 9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述根据所述荷电参考值控制DC/DC变换模块及柔性连接模块的通断，包括：根据所述荷电参考值确定DC/DC变换模块的电压参考值，将所述电压参考值与所述DC/DC变换模块的实际电压值的差经比例积分控制器产生DC/DC调制信号，将所述DC/DC调制信号与预设的DC/DC载波信号比较产生PWM触发控制信号控制DC/DC变换模块的通断；其中，按下式所述荷电参考值确定DC/DC变换模块的电压参考值V mdcdc_ref ：其中，i mdcbat 为第m簇DC/DC变换模块的柔性连接模块侧的直流电流值，k m 对应为m簇的比例系数，SOC jkiref 为所述换流链保护模块发送的荷电参考值。 10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，根据所述荷电参考值确定电池模组荷电参考值控制所述电池模组的充放电，包括：判断所述电池模组的荷电状态值是否大于所述电池模组荷电参考值，若是，则控制所述电池模组放电，若否，则控制所述电池模组充电；其中，按下式确定电池模组荷电参考值SOC jkimn ：其中，k mn 为第m簇中的第n个电池模组的比例系数，满足∑ m,n k mn ·V dcmn ＝1；V dcmn 为第m簇中的第n个电池模组电压值，SOC jkiref 为所述换流链保护模块发送的荷电参考值。 11.如权利要求1所述的装置，其特征在于，当所述储能系统中的电池模组发生过压、欠压或过流，控制与所述电池模组相连的柔性连接模块中的功率开关或机械开关断开；若无法控制与所述电池模组相连的柔性连接模块中的功率开关或机械开关断开，则控制与所述电池模组同簇的其它电池模组对应的柔性连接模块中的功率开关或机械开关及DC/DC变换模块断开；当所述储能系统中可正常运行的电池模组数量小于电池模组安全运行预设值，则控制所述储能系统接入电网的开关断开。 12.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述直流场控制保护模块与所述DC/DC变换模块、柔性连接模块及电池模组通过采用菊花链模式的高速通信光纤连接，通信协议采用电力电子网络PES Net、ETHERCAT或者自定义的光纤分时复用协议；所述电池模组中的BMS与BMU之间采用CAN现场总线连接。