基于变换器级联的直流微电网混合储能系统及控制

提出一种基于双有源全桥DC/DC变换器和Buck/Boost双向变换器级联结构的直流微电网混合储能系统及其控制策略。前级为双有源全桥DC/DC变换器,连接超级电容和直流母线,利用超级电容快速补偿直流微电网的高频功率波动;后级为Buck/Boost双向变换器,连接锂电池和超级电容,通过锂电池对超级电容进行能量补充,间接补偿直流微电网的低频功率波动。该混合储能系统结构不但能满足分频补偿直流微电网功率波动的要求,而且利用双有源全桥DC/DC变换器,实现与直流母线的电气隔离,同时有效降低储能设备额定电压;并且对Buck/Boost双向变换器下垂特性进行分区能有效减少锂电池动作次数延长其使用寿命。通过仿真验证,所提出的控制策略可依据直流母线电压信息,快速调节混合储能系统的输出功率,维持直流母线电压稳定,实现直流微电网的可靠运行。     

考虑储能优化的直流微电网协调控制研究

文章提出一种基于移相控制双半桥变换器的独立直流微电网协调控制策略。该策略以稳定母线电压和平衡系统有功功率供需为主要目标,根据母线电压波动改变移相角控制储能电池功率,确保独立直流微电网稳定可靠运行。采用双半桥变换器可实现储能电池电气隔离,移相控制可提高双半桥变换器升压比,进而提高储能系统的安全性。利用Matlab/PSIM联合仿真平台搭建独立直流微电网模型进行分析,仿真结果表明该协调控制策略可稳定储能电池输出功率,扰动发生时电压波动小、响应速度快,有效提高了系统可靠性。     

用于直流送出型光伏电站功率波动平抑的级联式电池储能系统变换器损耗优化

高频隔离型双向直流变换器是级联电池储能系统的关键部件，应当满足宽电压增益范围、高工作效率的要求。在级联电池储能系统中，针对双有源桥（dual active bridge,DAB）变换器在宽增益范围下由于回流功率及开关时刻大电流导致效率降低的问题，在三移相（TPS）调制策略的基础上，提出一种以总损耗为优化目标，基于内点法的优化调制策略。构建了DAB在不同增益下统一的损耗模型，在保证开关管软开通（ZVS）的基础上，根据不同的电池输出电压（OCV），利用内点法得到移相角的最优值。分析电感值与开关频率对整个电压增益范围平均效率的影响，为电路参数设计提供参考。同时，构建5 kW小功率实验平台，验证了优化调制策略的有效性。     

大容量储能系统三电平双向DC/DC变换器的研制与仿真

设计了一种适用于大容量储能系统的三电平双向DC/DC变换器,其拓扑采用可承受大电压的高频隔离双半桥三电平结构。介绍了三电平双向DC/DC变换器的工作原理和开关器件应力情况,分析了在单移相调制策略下的工作特性以及功率特性和软开关条件,并设计了闭环控制系统。通过仿真实验表明,该变换器具有开关管电压应力小,适用于大电压大功率场合;开关管工作在高频软开关条件下,功率密度高;输出电压稳态无差等特点,可满足大容量储能系统的工作要求。     

串联谐振型三相双有源桥变换器损耗分析

以基于变压器星-角连接的串联谐振型三相双有源桥DC-DC变换器为研究对象。首先,对其工作原理进行详细分析,并推导电感电流、功率表达式,以及软开关条件;其次,将变压器副边电路折算至原边,使谐振变换器的电路模型得到大大简化,并以此为基础进行电路参数选择和硬件设计;然后,通过对变压器、电感、开关管的功率损耗进行分析,建立串联谐振型三相DAB变换器的总功率损耗模型;最后,设计500 W的实验样机对理论分析和损耗模型的准确性进行了验证。     

基于分层控制的孤岛微电网储能优化控制策略

针对直流微网在储能控制策略中所采用的传统下垂控制方法,存在功率输出不均、母线电压跌落等问题,提出了微电网在孤岛模式下储能装置稳定直流母线和负荷恒功率运行的分层控制策略,将微电网优化控制过程分为两层:一级控制层下的储能作为微电网主要能量分配的装置,提出了基于双闭环的下垂控制策略,将储能电池变换器通过P-f、Q-u进行双层下垂控制,实现负荷的恒功率运行;二级控制层下的储能作为稳定直流母线电压以及补偿一级储能的装置,提出了同步参考坐标系控制(synchronous reference frame control,SRFC)策略,并在控制中加入自调谐滤波器(self tuning filter,STF),实现对交流信号中谐波的滤除.最后利用Matlab/Simulink进行了仿真验证,仿真结果表明分层优化策略使负荷恒功率运行的同时稳定了直流母线电压.     

超级电容提高直驱永磁风力发电系统故障穿越能力的协调控制策略

为避免电网故障时风电机组脱网运行,针对电网不同故障类型,对直驱永磁同步风力发电系统的故障穿越进行研究,利用超级电容和Buck-Boost电路,以提高风力发电系统控制灵活性。文章研究永磁风电系统的双PWM变换器中的网侧变换器和超级电容储能的双向Buck-Boost变换器的协调控制策略,协调控制策略根据电网状况切换于电网故障和电网正常两种模式,并在Matlab/Simulink环境中进行仿真研究,结果表明采用超级电容可以提高D-PMSG WTGS的故障穿越能力,验证了所论协调控制策略的正确性和有效性。     

基于分层控制的微电网混合储能协调优化策略研究

复合储能是保障微电网安全稳定的关键技术之一,本文根据储能电源的各自运行优势特点,提出了基于上层下垂-下层倒下垂的分层协调控制策略,上层全钒液流电池储能运用自主下垂控制,超级电容运用倒下垂控制策略,以增加系统稳定性、减少系统建设成本、增加实际工程可行性为优化目标,应用PSCAD专业软件对系统进行模拟仿真,仿真验证本文所采用的控制策略可控制微电网稳定运行,对微电网大容量储能系统的配置与设计提供有价值的参考和帮助。     

串联谐振式高频链逆变器及电流型解结耦调制

为解决单相高频链矩阵式逆变器在换流时变压器副边后级电路功率器件上存在的电压过冲问题,通过在变压器原边的前级H桥逆变电路中引入LC串联谐振槽的方式,提出一种串联谐振式高频链矩阵逆变器结构,并对此提出一种电流型解结耦单极性调制方法。在所提方案中,高频链变压器前级逆变电路采用脉宽脉位调制(sinusoidal pulse width and position modulation,SPWPM)以输出高频谐振电流,后级矩阵变换器应用电流型解结耦调制策略,通过与前级电路保持同步工作,构造前级输出电流的无中断的流通路径,以避免对变压器副边漏感电流的强制打断,可实现矩阵变换器的谐振软开关安全换流。在重点阐述串联谐振式高频链逆变器的工作原理并分析电流型解结耦单极性调制策略的具体工作模态的基础上,通过仿真和实验验证所提电路及其调制方法的可行性与有效性。     

交流微电网能量管理双层控制系统及其策略研究

为满足分布式电源和微电网技术发展的需要,针对含有光伏发电系统、风力发电系统、双馈风电模拟实验平台、储能系统以及负荷的微电网实验系统,设计开发了微电网能量管理双层控制系统,即本地智能控制层和专家协调控制层;分析了交流微电网在并/离网两种状态下的实时能量管理策略和锂电池储能系统经济运行模型;最后在该微电网实验系统主控单元中完成了对能量管理系统的调试,运行结果验证了所提能量管理策略的有效性和实用性。     

Integrated battery controller for distributed energy system

In this article, an improved integrated battery energy storage system (BESS) controller for distributed energy system is presented. The BESS is integrated in parallel with the full wave bridge converter into the distributed energy system network. In a normal operating mode, the BESS serves as a power conditioner as well as an active power filter in a distributed power system network. This work presents BESS controller which is designed for regulating the state of charge of the batteries and also to manage the active power in a distributed power system network. The off peak load energy is used to recover the batteries’ state of charge through the BESS controller. In this BESS controller, the constant current-constant voltage (CC-CV) mode is used and it helps to keep the batteries’ state of charge conditions for improving the reliability of the distributed power system system. This control strategy is incorporated into the main converter. The controller helps in managing the phase, amplitude and waveform of the current and voltage on the distributed power system network. The controller ensures the power quality and also assists in improving the power factor with respect to the utility for the intermittent distributed generation as well as the load. In this article, the test results of a prototype system are presented, which validates the proposed controller strategy of BESS in a distributed power system network.     

一种谐振型混合调制的电流型高增益双向变换器

为减小双向变换器低压侧电流纹波,改善变换器硬开关现象,降低其闭环系统设计的复杂程度,提出一种谐振型混合调制的电流型高增益双向变换器。该变换器在低压侧全桥桥臂中点加入2个交错并联的Boost电感,在增加变换器增益的同时可减小变换器低压侧电流纹波,高压侧为倍压整流电路,进一步增加了变换器增益,同时利用变压器漏感与谐振电容谐振创造了高压侧开关管ZCS的条件。该变换器正反向均采用PWM+PFM混合调制控制,通过改变占空比调节输出电压,调节开关频率实现高压侧开关管的ZCS,采用该控制方案降低了变换器闭环系统设计的复杂程度,并可减小高压侧开关管的关断损耗。搭建一台600 W试验样机,进行正反向实验,验证所提方案的有效性。     

Application of magnetic energy storage unit as continuous VArcontroller

It is shown that magnetic energy storage units can simultaneously operate as continuous VAr (volt-ampere reactive) controllers while performing the role of load-frequency stabilizers in electrical power systems. This is achieved by operating the converter in the buck-boost mode with a switched capacitor bank placed across its terminals. The P versus Q modulation ranges of the 12-pulse converter depend on the source inductance, secondary voltage of the input transformers, and output current. Once the input transformer is chosen, the Q modulation range depends on the active power transfer and the current through the inductor at any instant of time. The actual reactive power consumption of the converter is varied continuously, depending on the requirements of the power system, while keeping within the Q-modulation range. Switching of the capacitor bank keeps the required Q consumption of the converter within the available range. It is shown that this mode of control improves the overall performance of the power system in P-f and Q-V loops and obviates the use of any additional VAr compensator in the power area where the SMES (superconducting magnetic energy storage) unit is located     

光伏发电系统的新型DC/DC变换器设计

针对传统全桥DC/DC变换器存在的硬开关损耗和因开关管开关特性不一致使变压器原边磁芯单向饱和问题,设计了一种用于光伏发电系统中的移相ZVS全桥DC/DC变换器,控制电路采用基于芯片UC3875的双环反馈方案,驱动电路由专用驱动集成芯片IR2110S构成.不仅实现了开关管的软开关控制、降低开关损耗、提高系统效率,还可解决偏磁问题,使变压器的磁通密度工作接近于饱和点.实验样机的研制验证了设计的可靠性.     

基于两级全钒液流电池的风电储能系统的功率优化分配控制

为更好地利用储能系统平抑风电功率波动,采用了两级全钒液流电池(VRB)储能的功率优化分配及控制策略。基于直驱型永磁同步风电系统的工作原理及系统变流器的控制策略,建立了全钒液流电池等效电路模型,采用基于VRB组荷电状态(SOC)的双模式切换的双闭环控制策略,通过比较每级电池组荷电状态值确定优选目标,以VRB组最大充放电功率为电池组安全充放电的约束条件,提出两级VRB组的功率优化分配控制策略,利用Matlab/Simulink仿真平台,在变风速条件下对不同荷电状态的两级VRB储能系统平抑风电功率波动进行仿真,并与功率平均分配策略作对比。结果表明,两级VRB储能系统功率优化分配控制策略能有效平抑风电机组功率波动,同时,还确保了电池组工作于安全运行区域,有效地减少了VRB组的充放电次数,延长了电池组的寿命。     

基于有源纹波补偿器级联多电平电池储能系统设计

通过分析传统的H桥直流端电流的谐波特性,针对其截止频率较低、影响变换器的有功响应速率、产生很大的恒定磁通、设备的体积较大的问题,提出一种有源纹波补偿器,通过匹配适当容量的开关器件,使得ARC电路在无直流源的前提下,通过单闭环单参数的控制实现电池纹波电流抑制,优化提升了LC无源滤波的效果。仿真结果表明,含有ARC电路的级联多电平储能变换器在电网不平衡工况下可以正常工作,同时流入电池的纹波电流得到了有效抑制。该研究成果应用于电池储能系统,可提供稳定的频率和电压支撑,实现经济运行,可有效解决电动汽车充电的随机性和波动性所带来的电能质量问题。     

基于可变拓扑结构LLC变换器的新型混合调制策略

为进一步提升开关电源轻载时的工作效率,基于可变拓扑半桥LLC谐振变换器提出一种新颖的混合调制策略,使变换器在重载、轻载时皆实现软开关,运行效率高。对半桥LLC谐振变换器的工作原理以及工作模式进行详细分析,讨论LLC变拓扑变换器最高效率运行轨迹,在此基础上设计基于最优状态平面轨迹的新型混合调制策略,对其轻载效率和控制品质做进一步优化。仿真结果证实了此技术方案的可行性和有效性。     

交流牵引传动能量互馈试验台的研究

提出了一种交流牵引传动互馈试验平台,分析了它的组成、功能和工作原理,研究了互馈试验台的双变流机组-电机联合控制特性。试验结果证明,系统具有高效节能、控制灵活、性能优越等优点。     

一种具有零纹波输出的高增益耦合电感Boost变换器

为解决传统DC-DC变换器增益较低、电压应力较大等缺点,通过研究,以传统Boost变换器为基础,加入C-L-D倍压单元,并引入耦合电感倍压结构,提出一种具有零纹波输出特性的高升压变换器.变换器中C-D结构在进行倍压的同时还可作为钳位支路来吸收引入耦合电感所产生的漏感,减少器件的堆叠以降低成本,此外电容与输出电感形成的单...