适用于直流链式储能的电池簇荷电状态自均衡控制策略

电池储能系统凭借其可提高可再生能源消纳能力的优势逐渐成为电网关键环节,其中的生产、使用环节导致的电池不一致性是影响储能系统容量和寿命的重要因素。在直流型高压级联链式储能的拓扑结构基础上采取分级控制策略,基于电压模式和功率模式的一级控制,针对链式电池储能系统电池荷电状态(SOC)不均衡的问题,提出了一种控制参数自适应的SOC自均衡控制策略。该策略综合考虑电池SOC偏差、各模块电容电压水平、直流系统电压控制裕度以及输出调制比上下限,实时计算均衡系数。实验结果验证了所提策略能够在SOC偏差较大以及满功率充放电切换的极端工况下,实现SOC自均衡,均衡效率较高。     

组合级联式大容量储能系统两级SOC自均衡策略研究

大容量链式电池储能系统是解决光伏发电等可再生能源发电大规模并网问题的有效手段之一。针对所提出的星形组合级联式大容量电池储能系统中存在的电池SOC不均衡问题,通过注入零序电压实现三相相间SOC均衡控制,并通过在各级联单元叠加以SOC为反馈量的调制波分量实现各相内不同级联单元之间的SOC均衡控制。在PSCAD/EMTDC仿真环境中搭建了系统模型,仿真结果表明所提出的两级SOC均衡控制策略能够有效地实现电池SOC自均衡,验证了该控制策略的正确性和可行性。     

注入无功功率的链式电池储能系统荷电状态均衡控制策略

针对链式电池储能系统相内电池组荷电状态(SOC)不均衡问题,分析了单位功率因数下均衡控制策略在SOC极度不均衡时导致过调制的边界条件,并提出了一种注入无功功率的新型相内SOC均衡控制策略。通过在各H桥调制信号中叠加有功和无功电压分量,重新分配有功和无功功率,保证SOC处于极端状态的电池组主要进行有功功率交换,其余电池组主要进行无功功率交换,实现极端模块调制比有效降低,非极端模块调制比略有增长,避免过调制。与单位功率因数均衡控制策略相比,该策略通过控制功率因数角充分协调各模块调制比,可以在各电池组SOC差异更大的情况下实现均衡控制,扩大适用范围。仿真结果验证了所提策略的正确性和有效性。     

链式电池储能系统的荷电状态复合均衡控制策略

针对链式电池储能系统相间荷电状态(SOC)不均衡问题,在详细分析链式储能系统功率模型的基础上,提出了一种结合零序电压和负序电压注入的新型复合SOC均衡控制策略。此控制策略兼顾了储能装置的输出性能、相间SOC均衡能力和电能质量,均衡过程能够实现平滑过渡,对系统无扰动。实验样机的运行结果证明了所提控制策略的正确性和有效性。     

基于级联多电平换流器的链式储能系统控制策略及直流侧谐波抑制策略研究

储能技术是构建以新能源为主体的新型电力系统的关键技术。基于级联多电平换流器的链式储能系统采用与交流电网直连的方式,若干功率模块级联实现交流输出电压的提升。该方案延续了储能设备响应速度快、效率高的特点,同时相较于传统的升压式储能损耗更小、谐波含量更低,尤其适用于大容量储能电站的应用。然而,链式储能系统的拓扑结构决定了其功率模块直流侧有较大的电流二次谐波,该谐波直接注入电池系统将导致电池系统高频率充放电,严重影响电池的使用寿命,降低储能系统的可靠性;国内外现有研究中,功率模块可以通过无源滤波设备与电池系统进行连接,一定程度上降低了电池侧的电流脉动。研究了基于级联多电平换流器的链式储能系统的控制策略,针对其功率模块直流电流二次谐波含量高的问题,提出了一种利用DC/DC变换器抑制电流谐波的策略,该策略可大幅降低功率模块直流电流二次谐波含量,适用于中压大容量级联多电平链式储能系统。最终,通过仿真和实验验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

中压链式梯次储能系统的电池组均衡控制策略

针对中压链式梯次储能系统电池模块串并联数量受限及梯次电池筛选重组成本高等问题,提出了一种电池组接入方式及涉及簇间均衡、箱间均衡、箱内均衡的电池组均衡控制策略,有效降低了退运动力电池梯次储能应用的难度,同时延长了梯次利用储能电池组的使用寿命,具有均衡效果明显、应用范围广的特点。搭建了仿真平台和实验平台,验证了该均衡控制策略的可行性及在中压链式储能系统中应用的可靠性。     

链式储能变流器在电网不平衡时的控制研究

链式电池储能变流器接入不平衡电网时,为了控制网侧各相电流对称,变流器各相储能电池簇与电网交换的有功功率不相等,这会造成储能系统各相储能电池簇荷电状态不均衡.研究了链式储能变流器在电网电压不平衡时的控制策略和采用零序电压注入的各相电池簇荷电状态均衡控制方法.通过仿真验证了控制策略的有效性.     

基于模块化多电平换流器的电池储能系统控制策略

针对基于模块化多电平换流器的电池储能系统,提出了电网电压对称运行和电网电压不对称运行情况的通用控制策略。其控制策略主要包括输出功率控制、电池荷电状态(SOC)均衡控制以及并网电流直流分量抑制。SOC均衡控制分为相间SOC均衡、桥臂间SOC均衡以及桥臂内SOC均衡。通过控制环流实现相间SOC均衡和桥臂间SOC均衡;通过调节各个子模块输出电压工频分量,实现桥臂内各子模块的SOC均衡。首先对基于模块化多电平换流器的电池储能系统的模型进行了详细分析;基于等效模型,提出了相应的控制策略。最后,通过仿真以及实验对所提出的控制策略进行了验证。     

基于电池储能SOC的调峰、调频混合控制策略

电池储能系统被认为是解决可再生能源的不确定性和不平衡性导致的功率不足和频率波动的有效途径。基于此,文中提出了一种基于电池的荷电状态SOC(state of charge)的电池储能系统混合控制策略。首先,文中将电池的SOC、调频和调峰需求划分为不同的区域,并对调频和调峰提出相应的控制策略,提出SOC自恢复控制策略。之后提出储能的混合控制策略,基于电池储能的SOC,将储能的调频与调峰功能与SOC自恢复策略相结合,实现储能对电力系统的优化。最后通过仿真分析验证该控制策略的合理性与应对可再生能源波动的能力。     

级联式储能系统中电池自均衡控制策略研究

针对独立电池供电的组合级联式储能系统中电池SOC不均衡问题,基于特征谐波消除PWM方法提出了一种新的差异化充放电控制策略。当检测到各电池SOC不均衡时,采用差异化充放电控制使各电池SOC趋于一致;当电池SOC达到均衡时,切换到同步充放电的移相SPWM控制。该方法提高了整个组合级联式储能系统的可用率和储能系统的有效容量,改善了储能系统的电能质量。文中推导了差异化充放电控制方法的原理,给出了切换条件。在PSCAD/EMTDC中建立了组合级联式储能系统模型,验证所提出的电池自均衡控制策略的有效性。     

链式电池储能功率转换系统研究

风力发电出力具有间歇性、波动性和随机性的特点,风功率直接并网可能给电网的电压、频率稳定带来消极影响,这就需要在风电场中安装储能系统来平抑风力发电输出功率波动。介绍了电池储能功率转换系统的发展现状,给出了一种链式电池储能功率转换系统方案和功率控制方法,推导了通过零序电压注入和在各H桥单元交流输出电压附加相应的分量来实现相间电池簇和相内电池组荷电状态均衡的原理,在MATLAB/SIMULINK环境下进行仿真验证。     

大容量链式电池储能功率调节系统控制策略

大容量链式电池储能系统(battery energy storagesystem,BESS)是解决风力发电等可再生能源发电大规模并网问题的有效手段之一。针对BESS的功率调节系统(powerconditioning system,PCS)控制策略,在α-β静止坐标系下应用比例谐振(proportional resonant,PR)调节器实现瞬时功率无静差控制;通过注入零序电压实现相簇间荷电状态(stateof charge,SOC)均衡控制,并通过在各级联单元叠加相应交流电压实现相簇内各单元SOC均衡。仿真结果表明,采用该控制策略的PCS进行瞬时功率控制时具有较快的动态响应速度和较小的稳态误差,同时能有效实现SOC均衡控制,验证了该控制策略的正确性和可行性。     

高压直挂储能功率变换技术与世界首例应用

从拓扑、控制、设计、实验验证到工程应用,全面论证与评估无变压器直挂电网的链式储能功率变换关键技术问题。提出应对电网电压不平衡、模块故障以及相间电池组均衡的统一零序电压算法及综合集成控制策略,探讨模块间共模电流抑制及电池侧二次脉动电流的平抑问题,研发3相、每相20链节的低压模拟样机,对控制策略进行了全面验证。提出链式储能功率变换系统的优化设计方法,设计并研发了10kV/2MW/2MW×h的大容量链式储能功率变换系统,在国家863计划的支持下,于2014年在深圳宝清储能电站进行了世界首例工程示范应用,目前已经安全运行4年,积累了丰富的运行数据与经验,为链式储能功率变换技术的推广应用奠定了基础。     

考虑铅炭电池组一致性的储能系统功率控制策略

针对储能系统不规则充放电导致的电池组一致性变差及单体电池过充/过放问题,研究铅炭电池组一致性变化规律,提出考虑电池组一致性的储能系统功率控制策略。采用包含储能电池组、风/光发电、电动汽车和常规负荷的共直流母线型集中式微电网并网示范平台的实测数据对所提功率控制策略与传统控制策略进行对比仿真分析。仿真结果表明,所提控制策略可有效降低电池组荷电状态(SOC)变化范围,提升电池健康状态,提高电池组一致性,减少过放电池数量,增强储能系统双向调节能力。     

风储联合系统中双电池SOC波动越限优化研究

本文分析了风储联合系统风功率平滑应用场景中双电池系统荷电状态(state of charge,SOC)波动越限问题,并提出一种改进控制策略。该策略通过风功率预测实现SOC波动越限预测,进而合理设置双电池系统充放电状态切换时刻,有效避免SOC波动越限,维持储能系统良好的充放电深度。基于两种湍流风速的仿真结果验证了本文改进控制策略的有效性和优越性。     

用于电池储能系统的级联式电力电子变压器均衡及协调控制

针对用于电池储能系统的级联式电力电子变压器,提出基于混合脉宽多电平调制的电池均衡及协调控制策略。级联H桥采用混合脉宽调制可实现子模块功率双向独立调节,该策略利用这一特性对各电池单元进行差异化充放电及荷电状态均衡控制,同时保证系统总功率指令要求及网侧低谐波。为抑制混合脉宽调制时各H桥开关函数非线性时变及网侧功率指令变化引起的直流链电压波动,将整流级开关函数及功率指令作为前馈,提出了隔离双向DC/DC变换器的直流链电压协调控制方法。仿真和实验结果表明,所提控制策略可实现电池荷电状态曲线快速收敛及均衡、双向功率高性能控制以及直流链电压纹波有效抑制。     

基于多智能体的电池储能系统SOC均衡控制策略

针对应用二级频率控制器来解决分布式电池储能系统中SOC(荷电状态)的一致性问题,提出一种基于多智能体与下垂控制相结合的SOC均衡控制方法。该方法在不需要中心控制器的情况下,实现多电池储能系统的SOC一致性,不仅能够实现不同容量电池SOC的均衡控制,还能提高交流母线频率的稳态偏差。考虑电池长期使用带来的容量衰减,设计了相应的自适应容量估计算法用于消除扰动。在包含3个电池储能系统和恒功率负载的孤岛交流微电网仿真平台上进行实验,验证了所提方法的有效性。     

基于虚拟电池模型的DCHP系统全周期功率波动平抑策略

针对分布式热电联供系统与外部电网联络线全周期功率波动问题,提出了基于虚拟电池模型的分布式热电联供系统全周期功率波动平抑策略。该策略首先根据热负荷的动态约束建立气态虚拟电池模型,并与液态虚拟电池模型和电池储能模型共同构成电网统一模型下的虚拟电池综合储能系统。然后将分布式热电联供系统全周期功率波动平抑问题等效成一个最短路径优化问题,并采用改进Dijkstra算法,通过调控虚拟电池综合储能系统的荷电状态对其进行求解。在理论研究的基础上,利用实际的户用能源管理系统对所提出的全周期功率波动平抑策略进行测试。结果表明,所提策略能够平抑分布式热电联供系统全周期功率波动,实现电池储能、液态热储能和等效气态热储能的协同调度。