基于改进下垂控制的蓄电池控制策略研究

文章提出一种改进的下垂控制控制策略以提高蓄电池 DC/DC变换器性能.首先,分析了双向 DCＧDC变换器的工作特性.其次,建立基于所提控制策略的 DC/DC半桥变换器控制模型.最后,仿真验证了基于改进下垂控制策略的仿真模型,结果证实了所提控制策略的可行性。     

直流微网的电压下垂控制法

在直流微网中,由于没有无功功率的流动,电压成为反映系统功率平衡的唯一指标.因此,笔者提出了一个电压下垂综合控制方法,通过建立包含微源和负载的直流微网小信号模型来测定直流母线电压,然后调稳电网电压,并使两个微源之间的负载平衡.通过仿真对该控制方法进行模拟实验,验证了其正确性和可行性.     

组合级联式兆瓦级功率调节装置协调控制策略

提出了一种新型组合级联式兆瓦级功率转换系统(PCS)的拓扑结构,它由电池组、隔离型半桥DC/DC变换器和级联式H桥DC/AC变换器组合而成。首先对所选用的隔离型半桥DC/DC变换器的基本原理、电压增益和功率传输特性进行了分析。在此基础上,重点研究了2种变换器的协调控制策略:为实现装置的双向功率交换,DC/DC侧采用移相控制,DC/AC侧采用双环控制;为确保直流侧电容电压恒定,DC/DC侧采用占空比控制,DC/AC侧采用全局直流电压控制;为提高装置响应速度和改善直流侧电容电压品质,将电网侧的实时功率指令前馈给DC/DC侧;为改善装置的启动特性,提出了一种软启动控制策略。在PSCAD/EMTDC环境下建立了基于锂电池储能的PCS模型,应用所提出的一整套协调控制策略,对装置的启动过程、正常调节工况、电池组容量和荷电状态不同等工况进行了仿真。结果表明该装置在所提出控制策略下具有较宽的电压匹配能力,电池状态适应能力强,且控制的响应速度较快,能实现大容量储能和双向大功率调节。     

直流微电网电池储能系统串并联结构分散控制

电池储能系统BESS(battery energy storage system)串并联结构可以实现小容量低电压等级储能系统接入直流微电网的应用,可以提高端电压且实现储能系统扩容。针对直流微电网BESS的串并联结构,提出一种基于电池荷电状态SOC(state of charge)的分散控制方法。该方法可以实现反下垂控制分配串联模块间电压与下垂控制分配并联模块间功率的目标,且反下垂特性不影响下垂外特性。通过低带宽通信将所有电池SOC信息上传到中央控制单元得到每个BESS的下垂系数与反下垂系数,可以有效实现不同BESS间按容量精确分配功率的目的,消除电池差异延长寿命,避免过放。通过建立小信号模型,分析系统稳定性;通过搭建Simulink仿真模型,验证分散控制的可行性与有效性。     

电池储能系统在改善微电网电能质量中的应用

微电网中的电池储能系统不但可以用于维持微电网的功率平衡,还可用于治理微电网中非线性负荷注入的谐波电流和配电网侧渗透的谐波电压。为充分利用电池储能系统的冗余容量和改善微电网的电能质量,本文提出了电池储能系统的一种多功能控制策略。首先,介绍了主电路的基本结构和各子系统控制指令信号的生成,其次,利用Matlab/Simulink软件搭建了一个由两种微电源、两类负荷和两条支路构成的简单微电网模型,最后在微电网模型中对该多功能控制策略进行了仿真研究。仿真结果表明,在这种控制策略下电池储能系统既可以有效地维持微电网的功率平衡,又能很好地改善微电网的电能质量。     

经济型储能变换器及其在微电网中的应用

提出一种适用于微电网的经济型储能并网变换器拓扑,功率元件数目和功率等级要求进一步降低,且能兼顾储能电压较低的特点,并对其工作原理及定功率控制方法进行了介绍。建立了包含经济型储能变换器的微电网模型,并通过仿真证明了该变换器对微电网电压和频率稳定性的支撑作用,通过实验证明了该变换器定功率控制的有效性。     

交直流混合微电网接口变换器双向下垂控制

交直流混合微电网中的接口变换器对于系统的稳定运行和功率的协调分配有着重要的作用。提出了一种接口变换器的双向下垂控制方法,分别采用变换器两侧的交流母线频率和直流母线电压对交流、直流微电网的电能需求程度进行衡量,确定变换器传输功率的大小与方向。控制架构中包括直流电压-有功功率和交流频率-有功功率两个下垂环节,并将二者输出之差作为接口变换器的功率参考值。同时,为了减缓下垂控制导致的电压或频率的跌落,在下垂控制基础上设计了恢复控制策略,以提高交直流混合微电网的电能质量和可靠性。这种双向下垂控制可以更精确地协调交流与直流微电网之间的能量传输,实现分布式能源的充分利用。利用DigSILENT软件搭建系统仿真模型,验证了控制方法的正确性。     

自抗扰技术在微电网下垂控制策略中的应用

针对传统微电网下垂控制策略中控制参数整定复杂,以及受电网电压、负荷波动影响较大等问题,提出一种基于自抗扰技术的微电网下垂控制策略。该控制策略能够维持微电网在孤岛和并网模式下的稳定运行。自抗扰控制结构较强的抗干扰能力,能够有效抑制各参量的波动,对电网的不确定性干扰具有较好的抑制作用,且设计方法简单易行。仿真结果表明,当负荷发生变化时,该控制策略能够有效地调节微电网内功率的平衡,保证微电网电压和频率的恒定,对微电网起到支撑作用。     

基于多重化DC/DC变换器的储能变流器研究

为了满足越来越大的储能系统规模对大功率储能变流器的需求,将多重化DC/DC变换器引入储能变流器的拓扑结构。对多重化DC/DC变换器的电流纹波及谐波特性的分析表明其具有显著优势。储能变流器的控制策略加入基于直流母线电压的下垂控制。对所研究的储能变流器拓扑结构及控制策略进行仿真并搭建样机。仿真和实验结果表明,所设计的基于多重化DC/DC变换器储能变流器性能具备大功率充放电的功能并且性能优良。     

复合储能系统直流变换器的协调控制策略研究

针对含有功率型和能量型两种储能电池的复合储能系统(HESS),在此提出了一种考虑储能电池自身充放电特点的HESS的协调控制策略。该控制策略根据直流母线电压-充放电电流(U-I)下垂曲线由U得到I的基准值,利用高通滤波器提取电流的高频分量作为功率型储能单元的充放电电流指令,剩余低频分量作为能量型储能单元的充放电电流指令。利用该控制策略,便可以实现在稳定U的基础上两种不同的储能单元根据自身的技术特点实现外部功率的响应。最后利用dSPACE 1104半实物实验平台验证了所提出的控制策略的可行性和有效性。     

离网储能变流器的控制策略

在对传统下垂控制原理分析的基础上,考虑中低压线路阻抗特性,提出完全下垂控制策略。结合储能变流器的电压双闭环控制策略,提出基于完全下垂控制的储能变流器控制策略。在PSCAD/EMTDC平台上仿真验证证明了控制策略的有效性。     

交直流混合微电网储能DC/DC及接口换流器协调控制

针对交直流混合微电网,提出一种接口换流器与直流侧电网储能DC/DC换流器的协调控制策略。不管系统工作在何种状态,储能DC/DC换流器始终进行电压控制以实现直流侧电压的零偏差,而接口换流器通过检测交直流混合微电网状态调节自身工作方式,实现微电网系统在并网及孤网模式下的稳定运行和2种模式稳定、快速的切换。通过计算机软件仿真及物理实验的验证,可以证明这种控制策略可以实现交直流混合微电网直流侧电压在孤网状态下的零偏差,并且运行与模式切换的稳定性良好。     

应用于超级电容储能系统的双向DC/DC变换器混沌控制方法研究

超级电容储能系统(SCESS)主要通过对双向DC/DC变换器进行控制来快速平抑直流母线电压的波动。为了抑制控制过程中所产生的一些分岔和混沌现象,提出了一种应用于SCESS的混沌控制方法。分析了该方法的控制原理,并根据非线性动力学理论建立了双向DC/DC变换器的离散迭代模型;然后设计了一种能够自动调节补偿斜率的混沌控制信号;最后对该信号作用下的异步切换函数和同步切换映射式进行了数值求解,从而绘出系统分叉图。通过仿真和试验证明,该方法能够有效抑制SCESS的分岔和混沌现象,提高了系统的稳定工作范围和动态响应速度。     

微电网储能系统控制及其经济调度方法

储能系统对微电网的安全稳定运行和经济效益有重要影响。分析微电网中分布式储能系统的离网和并网控制方法;针对传统下垂控制中,线路阻抗引起的微电网系统稳定性问题,提出改进的下垂控制策略和控制结构,以减少微电网功率波动和提高运行稳定性。为实现对负荷的削峰填谷和提高储能设备运行经济性,根据分时电价,建立分布式储能系统的经济调度数学模型,在此基础上提出一种考虑分时电价的经济调度方法。结合算例验证该调度方法的经济性和实用性。     

基于储能变流器的微电网稳定控制策略

微电网是一种将分布式电源、储能装置、变流器、负荷以及监控保护装置有机整合在一起的小型发、配、用电系统。微电网运行方式复杂,为维持微电网电压和频率的稳定,提出一种基于储能变流器的下垂控制与恒频恒压（V f）控制相结合的微电网稳定控制策略。微电网并网运行时,储能变流器采用下垂控制;微电网离网运行时,若电压和频率在设定的范围内,储能变流器仍然采用下垂控制,若超出设定范围,储能变流器采用V f控制。仿真结果表明,提出的控制策略在微电网并网运行、离网运行、以及并/离网切换过程中均能维持微电网电压和频率的稳定。     

储能用悬浮交错双向DC/DC变换器

本文提出将单向悬浮交错Boost变换器扩展到双向工作模式,得到可用于储能系统的悬浮交错双向DC/DC变换器FIBDC（floating interleaved bi-directional converter）。详细分析了该变换器在双向模式下的工作过程,推导出电压增益、功率器件承受的电压应力以及电流纹波表达式,采用共同占空比交错控制策略实现了工作电压稳定和内部子单元平衡。最后通过仿真和实验对该变换器的性能及控制策略进行验证。该变换器具有输入输出电流纹波小、电压增益高、开关管应力低以及可多相扩展等优点,适用于高压大功率场合。     

基于自适应下垂控制的柔性能源变换器

采用传统下垂法控制的柔性能源变换器能够实现并离网的无缝切换,但是由于缺乏惯性导致其在输出指令突变时系统容易产生频率突变从而影响系统的稳定性。对基于下垂控制的柔性能源变换器加入低通滤波器使频率平滑转变,等效达到了同步发电机的惯性效果。低通滤波器的截止频率越低则模拟的惯性效果越大,但也使逆变器调节速度越慢,从而产生能量过冲以及导致调整时间过长。为使柔性分布式能源变换器不仅具有抑制输出功率指令突变时所需要的惯性,而且能够减小惯性导致的功率过冲,并更快地达到稳定状态,充分利用逆变器灵活的参数调节能力,提出了根据逆变器输出情况对低通滤波器时间常数T进行自适应变化的自适应下垂控制。同时将该方法用于并网前同步,使并网前同步既具有惯性又能够快速完成同步过程。最后对柔性能源变换器输出功率指令突变时的自适应下垂控制进行了暂态能量的推导,从理论上分析了所提方法的有效性和可行性,并通过仿真和实验进行了验证。     

光储直流微网混合储能控制策略研究

混合储能相较于单一储能可以更好地解决微电网电压、频率波动等问题。为了充分利用混合储能系统的优势,使各储能电池优势互补,并考虑到储能变换器弱阻尼、低惯性的特点,提出了基于虚拟直流发电机控制的混合储能单元分频控制策略。该控制策略在混合储能单元分频控制的基础上,对功率密度电池储能变换器采用虚拟直流发电机控制,以增大功率密度型储能的阻尼和惯性,提升直流母线电压的动态稳定性。为验证其有效性,在微源变化和负荷波动2种工况下与传统下垂控制进行仿真对比分析,结果表明所提策略可使母线电压的波动范围限制在±0.75%以内,增强了系统的鲁棒性和稳定性并优化了储能单元的充放电性能。