平抑光伏系统波动的混合储能控制策略

蓄电池/超级电容混合储能系统可以同时发挥蓄电池高能量密度以及超级电容高功率密度的优势,适应用于微网。在Buck/Boost双向功率变换器与直流母线相连的独立光伏微网中,提出一种将储能系统总负荷功率滤波后,采用电流滞环控制蓄电池的充放电、超级电容提供差值功率的新型能量管理方案,以优化对混合储能系统的管理。为平抑光伏出力波动,实现对直流母线电压的控制,针对超级电容的Buck/Boost双向功率变换器,在电压电流双闭环基础上,利用输入电压、负载电流前馈环消除了二者的变化对输出电压的扰动,提高了系统的动态响应速度与控制精度;利用电容电压前馈环消除了由于负载电流大小及方向的改变对系统闭环极点变动的影响,提高了系统的稳定性。仿真结果验证了所提能量管理方案及控制策略的有效性。     

一种适用于微电网混合储能系统的功率分配策略

混合储能系统同时具有功率型和能量型储能设备的优点,适用于微电网中平抑波动性功率。采用直流母线并联方式的超级电容器和蓄电池混合储能系统,由蓄电池储能单元稳定直流母线电压,超级电容器储能单元跟踪参考电流,从而达到功率的动态分配。在混合储能系统功率损耗模型的基础上,提出一种兼顾超级电容器荷电状态和储能系统损耗的功率分配策略。将该策略用于光伏发电系统输出功率平抑,仿真结果验证了所提控制策略的有效性。     

计及线路电阻的直流微网混合储能系统电流分配控制策略

在研究传统混合储能电流分配控制策略的基础上,分析存在线路电阻参数时对混合储能系统电流分配的影响,提出了一种基于阻抗主动测量的改进下垂控制策略。该策略中,功率波动的低频成分仅由蓄电池补偿,而高频成分由超级电容补偿。在PSIM中搭建了包含单台蓄电池和单台超级电容的混合储能仿真电路,仿真结果表明,所提控制方法能够削弱线路参数造成的影响,实现混合储能系统的分频协调控制。     

基于一致性理论的直流微电网混合储能协同控制策略

储能系统在直流微电网内部功率平衡和安全稳定运行中发挥了重要作用。受到当前技术限制,蓄电池–超级电容器组成的混合储能系统更能经济有效地满足微电网对功率型和能量型储能的需求。基于一致性理论的分布式控制方法有效解决了下垂控制带来的电压偏差和分配精度问题,然而目前的研究大多针对于多组单一种类储能系统,未能考虑不同类储能间的功率分配问题。该文基于一致性理论提出一种多组混合储能控制策略,通过设置母线电压和超级电容器端电压控制环实现功率在不同类储能间的分频分配,并有效提升直流母线电压水平。同时,借助于一致性控制算法对超级电容器间功率和蓄电池间功率进行合理分配。理论分析结果证明所提控制策略的稳定性和有效性。在PSCAD/EMTDC平台中的仿真结果表明,所提的混合储能控制策略能够实现储能组内和组间的协调控制。     

钻井直流微电网冲击功率的混合储能平衡技术

受限于钻井直流微电网的功率动态调节缓慢,冲击性负载对钻井直流微电网电能质量造成严重影响。为了解决直流微电网冲击功率供需均衡问题,提出以混合储能环节为核心的补偿方法。基于超级电容和蓄电池储能的互补特性,在传统混合储能控制策略的基础上,提出一种纳入蓄电池参考电流约束和电流动态分配的混合储能控制策略。在保证蓄电池电流限制值不被超越的前提下,实现冲击功率在混合储能单元内的优化分配,从而既能够延长蓄电池生命周期,又显著缩短了混合储能系统冲击功率补偿的动态响应时间,解决了钻井直流微电网电压波动的问题。仿真与实验验证了所提控制策略的有效性与可行性。     

直流光储系统混合储能分频控制策略研究

针对直流光储系统中的混合储能部分,在传统的双闭环控制和功率分频控制的基础上,提出针对参考电流的分频控制策略。直接将由电压外环得到的参考电流进行滤波分频,将参考电流中的高频和低频分量分别将其作为超级电容和蓄电池的电流内环的参考值来进行控制,以此来实现功率在超级电容和蓄电池间的合理分配的目的。相较于传统分频控制,该控制策略无须对系统功率进行采样,且方法简单,易于实现。通过仿真软件对该方法进行验证,仿真结果表明,上述控制策略能快速、有效地调节光伏功率输出,抑制直流系统负荷突变引起的电压波动,保证系统的平稳运行。     

基于混合储能系统DC-DC变换器控制策略的研究

本文针对混合储能蓄电池充放电频率问题,提出了蓄电池单电流环与自适应电流滞环控制相结合的控制策略。该策略利用自适应电流滞环控制,避免蓄电池小功率充放电,降低了蓄电池的充放电频率,同时能够防止超级电容负荷超载。针对直流母线电压稳定的控制,超级电容采用带有功率前馈的双环控制,内环采用电流控制,外环采用电压控制,用以平抑功率的高频波动,能够更好地维持直流母线电压的稳定。仿真结果表明该控制策略可行有效。     

光储微电网孤岛系统的储能控制策略

分析了微电网孤岛系统稳定运行、能量供求平衡的机理和常规的微电网孤岛能量管理控制策略,提出一种新型超级电容与蓄电池混合储能系统的功率自适应控制策略,通过对混合储能系统进行上层的能量管理控制,使超级电容和蓄电池输出功率得到合理分配,以满足微电网孤岛运行时的电能质量要求和负荷的功率需求,并且能够提高系统全寿命周期经济性。最后建立了微电网孤岛系统的仿真模型,利用PSCAD/EMTDC仿真验证了所提策略的有效性,该控制策略优化了蓄电池的工作过程,延长了蓄电池使用寿命,并且不需要数据采集和通信环节,提高了微电网孤岛系统运行的可靠性和稳定性。     

考虑负载变化率的混合储能分频控制优化策略

传统混合储能多采用直流母线响应高频负载,超级电容响应中频负载,蓄电池响应低频负载的分频控制,并未考虑负载变化率问题,本文首次提出考虑负载变化率的混合储能优化分频控制。首先根据储能元件Ragone曲线,选择能够覆盖负载频率变化范围最大的超级电容和铅酸电池作为混合储能元件。然后进行混合储能优化分频控制策略的设计,该控制策略采用基于分段函数的功率一次分配和基于分频控制的功率二次分配,且能够提高混合储能响应负载的精度。最后通过仿真实验将所搭建模型应用于居民区微电网负荷削峰,结果与理论分析一致,验证了该控制策略的正确性。     

带超级电容的光伏发电微网系统混合储能控制策略

为保证微电网系统稳定运行、各发电单元之间功率平衡以及输出电能质量良好,采用混合储能装置作为含光伏发电微电网系统的储能部分。提出了含光伏发电单元的微电网系统并网运行时各储能单元和直流母线电压的控制策略。当光伏发电并网系统的能量管理采用功率分配型控制策略时,直流母线电压幅值的稳定受发电单元侧控制,通过控制微电源与三相逆变器输送给电网能量之间的平衡来保持直流母线电压稳定;当新能源或本地负载功率发生突变时,由于蓄电池和超级电容储能装置具有较好的能量互补特点,通过控制蓄电池吸收或释放低频功率,超级电容吸收或释放高频功率,可以抑制负载突变对直流母线造成的冲击。仿真和实验结果表明,上述控制策略能有效、快速地调节系统有功、无功功率输出,抑制微电网系统负荷突变引起的功率波动,改善系统输出电能质量,提高系统的可靠性和稳定性。     

基于前馈自抗扰控制方法的蓄电池储能控制策略

针对光储微电网系统中蓄电池储能存在抗干扰能力较弱、直流母线电压波动较大、充放电有效性差等问题,提出了基于前馈线性自抗扰控制(FF-LADRC)方法的蓄电池储能控制策略。建立双向DC-DC变换器数学模型,并在传统蓄电池双闭环储能控制的研究基础上,通过在电压环和电流环中分别引入LADRC,并且在电压环中加入前馈控制,从而完善了双闭环控制策略,以实现对蓄电池储能系统中充放电过程进行有效控制。仿真结果表明,所提基于FF-LADRC方法的蓄电池储能控制策略能够抑制直流母线电压波动,并且有效提高蓄电池储能系统的充放电性能和降低储能系统超调量。     

基于模糊-下垂控制的光伏直流微电网混合储能功率分配及母线稳压研究

针对离网型光伏直流微电网中光伏输出功率与负载消耗功率不匹配引起的母线电压波动问题,通常采用蓄电池和超级电容相结合的混合储能装置进行补偿,一般通过下垂控制对储能装置进行功率分配,传统下垂控制很难实现下垂系数按照不同频率特性的功率波动进行有效调节,其分配特性还会受线路阻抗等其它因素的影响。文章在传统下垂控制的基础上提出了模糊-下垂控制策略,实时优化下垂系数,平抑系统内部因素所引起的负面影响,实现直流微电网中不平衡功率在蓄电池和超级电容间的合理分配。通过MATLAB/Simulink仿真证明,所提出的模糊-下垂控制策略能够有效实现直流微电网中的功率调节,抑制母线电压的波动,提高了系统的鲁棒性。     

微电网储能系统下垂协调控制与母线电压控制策略

针对风光互补微电网内风力发电系统和光伏发电系统运行特性,提出采用蓄电池储能系统(Battery Energy Storage System,BESS)与超级电容储能系统(Super Capacitor Energy Storage System,SCESS)下垂协调控制策略基础上对微电网母线电压采用对应的控制策略,进而优化无功功率控制,以此进一步提高对微电网内负荷供电的稳定性。文中对微电网模式切换过程,加以控制策略理论分析,再通过PSCAD/EMTDC仿真软件,验证文中所提出控制策略的有效性及可行性。     

基于小波包-模糊算法的混合储能功率分配策略

针对光储微网中混合储能功率分配不佳导致母线电压频繁波动的问题,提出一种小波包与模糊控制相结合的混合储能功率分配策略。首先利用小波包对光伏系统净功率进行一次分解,得到初次分频点,其次将混合储能荷电状态和电池温度作为模糊控制的参考因素制定模糊规则,对二阶低通滤波器时间常数进行可变调节,修正初次分频点,实现混合储能的最终功率分配。为验证策略的有效性,建模并进行仿真,结果表明所提策略能够有效避免储能电池过充过放,实现光储系统净功率的合理分配,有效平抑功率波动,使直流母线电压波动在±1%以内。     

平抑光伏出力波动的混合储能系统控制策略

针对由电池和超级电容器构成的混合储能系统,设计了一种平抑光伏出力波动的储能控制策略。基于含阀值判断的低通滤波算法制定储能系统总充放电功率,在平抑光伏出力波动的同时避免对储能系统的过渡调控。综合考虑储能介质充放电状态,基于滑动平均原理制定储能介质的功率分配策略,以充分发挥不同储能介质的优势,优化储能系统的整体运行性能。仿真分析验证了所设计控制策略的有效性,储能系统可以较小的调控代价完成对光伏出力波动的平抑,且超级电容器平抑功率波动的快变分量,有效降低了储能电池的充放电次数。研究结果对混合储能系统在平抑光伏出力波动中的应用提供了理论参考。     

带混合储能的光伏并网系统功率协调控制策略研究

针对光伏发电系统功率输出随机性强、波动性大等问题,本文提出了一种光伏超级电容蓄电池电解槽混合发电系统功率协调控制策略。分析并建立了光伏、超级电容、蓄电池及电解槽的数学模型,构建了一种将系统各单元通过变换器汇集于直流母线的混合系统结构。该控制策略将超级电容和蓄电池两者的荷电状态SOC(State of Charge )均考虑在内,通过对不同工况下系统各单元出力的协调控制,在实现直流微电网有功功率平衡的前提下,达到维持直流母线电压稳定和平抑系统并网功率的目的,提高了光伏利用率。利用PSCAD/EMTDC软件进行建模与仿真分析,验证了本文所提控制策略的有效性。     

独立光伏系统混合储能控制策略研究

对独立光伏系统中混合储能系统的控制策略进行了研究。提出了一种新的基于模式识别的仿人智能控制策略。该策略首先要求蓄电池DC-DC恒流输出,超级电容DC-DC恒压输出;然后通过观测超级电容电压识别出系统当前模式,运用规则推出蓄电池电流的改变量和蓄电池电流变化率的限制值,从而可以使蓄电池电流平稳并且随负载变化而变动。理论分析和实验证明该策略可以使超级电容优先吸纳负载波动量,蓄电池电流平稳且随负载变化而变动。该策略较好地实现了混合储能系统的控制目标,并且简便易行,有较高的性价比。     

海岛直流微网复合储能系统控制策略设计与实现

针对海岛直流微网中发电微源输出功率不稳定造成的母线电压大幅度波动问题,基于300 kW海洋能集成供电系统的功率输出特点,采用由蓄电池和超级电容组成的复合储能系统,对其3种拓扑结构进行了对比分析,优选了对该供电系统而言最佳的拓扑结构,并提出了一种新型复合储能协调控制策略。该控制策略依据母线电压的3个阈值将系统划分成5个工作区域,储能系统依据直流母线电压值实现充放电工作模式的自动识别和切换;以蓄电池为主要出力单元,避免超级电容的频繁投切,减少不必要开关动作造成的系统谐波。利用搭建的实验平台验证了所述控制策略的有效性和可靠性。     

一种混合储能变换器的模型预测整体控制方法

新能源发电渗透率逐渐提高,由新能源本身固有特性向电网引入的功率扰动不容忽视,且在高比例接入情况下对于新能源发电参与电网调节的需求越来越大,这对其系统功率响应性能提出了更高的要求。由蓄电池和超级电容组成的混合储能由于具有互补的能量特性,应用于新能源发电系统中可以帮助提升其整体的能量处理能力。为了充分发挥储能介质的功率特性,针对光伏发电系统中的应用,提出了一种应用于蓄电池-超级电容混合储能变换器的模型预测整体控制方法。根据变换器主电路的数学模型,结合混合储能的控制目标,设计了嵌入功率滤波器的模型预测整体控制策略。仿真结果表明提出的模型预测整体控制方法具有优越的功率响应特性与参数鲁棒性。