储能系统中的一种隔离式双向直流变换器

此处提出一种适用于直流储能系统的新型双向直流变换器及其移相直通控制策略。该变换器整合了Z源拓扑与三电平拓扑在升降压运行中各自的优点,消除了传统变换器升压控制中的死区问题,次级侧电路开关管承压降为传统拓扑的50%。为验证所提拓扑与控制策略,设计并制造了一台实验室样机。     

混合储能系统拓扑及其多模式综合协调控制

在分布式发电系统中,储能系统要同时具备高功率密度和高能量密度的特点,单种储能元件往往难以达到这个要求,蓄电池与超级电容在性能上具有很强的互补性。此处将蓄电池与超级电容分别通过双向半桥变换器连接到直流母线上构成混合储能系统(HESS),蓄电池稳定直流母线电压以维持母线上能量供需平衡,超级电容迅速提供负载波动功率高频分量,抑制负载突变对直流母线造成的冲击。分析了负载功率高频分量的检测方法,建立了双向半桥变换器的数学模型和4种模式下的控制策略。利用DSP实现储能系统的综合控制,通过仿真和实验验证了系统控制策略的有效性。     

基于准Z源变换器的混合储能系统应用研究

提出一种基于双向准Z源变换器(QZSC)的超级电容-电池混合储能系统(HESS)。利用双向QZSC的升降压特性使电动汽车储能系统和驱动系统相融合,节省了电池功率变换器,且降低了电池与超级电容额定电压。重点阐述了不同运行模式下稳态运行原理,同时为发挥不同储能单元功率与能量密度的优势,提高HESS动态响应,在电机矢量控制中嵌入了储能系统功率分频协调控制方法。实验验证了所提HESS及控制策略的有效性。     

非隔离双向直流变换器反步滑模控制方法研究

由于直流电网中直流母线电压的变化对储能系统的运行有干扰,且储能系统采用双向直流变换器调控直流母线电压时会产生严重的非线性问题,导致母线电压不稳定。因此提出非隔离双向直流变换器反步滑模控制方法,构建非隔离双向四端口直流变换器拓扑结构。该变换器采用单向和双向两种工作模式,且采用互补PWM控制方法控制双向直流变换器工作流程,并通过反步滑模变换器结构控制器,确保非隔离双向直流变换器在确定性差、非线性和外围影响状况下的稳定运行。实验验证该方法有效实现了非隔离双向直流变换器反步滑模控制,确保直流母线电压保持稳定,且方法具有较高的鲁棒性。     

光伏混合储能双向DC/DC变换器非线性控制

为了提高光伏混合储能系统的快速性和抗干扰能力,同时考虑到双向DC/DC变换器的非线性特性,在此提出了一种基于非线性比例-积分-微分(PID)控制器的光伏混合储能系统双向DC/DC变换器非线性控制策略。首先,介绍了非线性PID控制器的结构,然后基于该控制器提出了一种非线性控制策略,最后进行仿真和实验验证。仿真和实验结果表明,基于非线性PID的控制策略能有效抑制直流母线电压波动和冲击,提高光伏储能系统的动态性能和抗干扰能力。     

一种双向直流变换器优化控制策略

随着分布式新能源的不断发展,双向直流变换器在电池储能、分布式光伏发电领域应用越来越广泛。此处重点针对大功率双向直流变换器动态性能优化控制技术进行研究,提出一种提高动态性能的优化控制方法。最后通过搭建一套含双向直流变换器的储能系统平台,对所提出的双向直流变换器优化控制与常规PI控制进行对比实验,同时进行了双向直流变换器在储能系统各种应用模式下的性能测试。     

电池储能系统双向PCS的研制

传统单向PWM整流器或单向PWM逆变器已经满足不了电池储能系统的要求。因此提出了一种新型双向功率变换器(PCS)拓扑,它不仅能满足电池的充电、放电要求,而且还能在电网断电时,对关键负荷进行供电。介绍了该双向PCS拓扑的工作原理,并对双向PCS 3种工作模式的控制策略进行了研究,在此基础上,研制了一台12 kW电池储能系统双向PCS,成功用于钒电池储能系统中。实验结果表明,此处设计的双向PCS功能强大、性能优良,能广泛应用于电池储能系统。     

基于超级电容器储能系统的动态电压调节器

设计了一种基于超级电容器储能系统的动态电压调节器,该调节器以超级电容器为直流侧储能单元,采用双向电压型DC/AC变换器进行解耦和前馈补偿控制,采用半桥式电压型双向DC/DC变换器进行双闭环反馈控制。仿真结果验证了该调节器拓扑结构及其控制策略的正确性和有效性。     

虚拟同步发电机用双向直流变换器研究

针对光伏等分布式能源由于发电间歇性和不稳定性导致的虚拟同步发电机直流母线电压不稳定,不能提供稳定和足够的能量缓冲的问题,提出了一种结合双向直流变换器及储能的虚拟同步发电机,研究了双向直流变换器拓扑结构、互补PWM移相调制和母线电压宽范围控制策略。最后进行了基于EMTDC/PSCAD的仿真验证,结果验证了所提拓扑及控制策略的正确性和有效性。结果表明,双向直流变换器及储能单元能够为虚拟同步发电机提供很好的功率和母线电压支撑。     

混合储能在电力电子变压器中的应用

针对电力电子变压器PET无法有效应对电网电压中断和电压跌落的不足,将蓄电池超级电容混合储能系统HESS应用到PET中。储能系统通过双向直流变换器与PET直流侧连接,在电网电压发生中断或跌落时,维持PET低压直流侧电压稳定并向负载提供功率。分析了储能系统的工作模式并设计了直流变换器的控制策略,通过超级电容优化了蓄电池充放电过程。结果表明,应用了混合储能系统的PET具备电压和功率补偿的功能,能够消除电网电压中断和电压跌落对负载的影响,保证用电设备的安全、稳定运行。     

直流微电网多模态协调控制策略研究

直流微电网是由分布式电源、储能装置、控制系统等组成的新型电网结构,其控制策略至关重要。首先介绍了直流微电网的组成结构,研究了各个单元的基本功能和作用。其次,从直流母线等效电路入手,进行了直流微电网系统控制目标分析,确定了协调控制策略的基础。然后,以网侧变换器和储能变换器的最低、最高临界电压作为模式切换条件,构建了直流微电网4种工作模式,使直流微电网在各个状态下都能保持稳定运行,同时研究了各个变换器的拓扑结构及控制方法。最后,在MATLAB/Simulink中搭建相应的仿真模型,对所提出的控制策略进行了验证。     

基于双向零电流开关的分布式储能变换器研究

为提高电池利用率及安全性,分布式储能系统采用高频隔离储能变换器实现低压电池模组到高压直流母线的能量双向传输.为使储能变换器在正反两个方向下均具有较高效率,低压大电流一侧在双向运行时可采用零电流开通和零电流关断,以实现零开关损耗.在分析传统双向全桥DC/DC变换器和LLC谐振变换器存在问题的基础上,提出了一种双向零电流开关储能变换器,通过采用非对称占空比控制,可以实现低压侧在正反向时均具有零电流开关特性,有效减小开关损耗,提高变换器的双向运行效率.分析了变换器的功率传输及电压增益特性,推导了软开关实现条件,并对拓扑结构进行改进以改善电流波形,进一步减小损耗.最后通过仿真和实验验证了拓扑结构及双向零电流开关控制方式的有效性.     

移相全桥变换器在直流微电网储能单元中的应用

利用移相全桥变换器设计直流微电网中的储能单元,并采用蓄电池作为储能设备。首先介绍了直流微电网的结构和基于母线电压信息的系统运行模式切换方法。在分析移相全桥变换器单侧移相和双侧移相工作原理的基础上,分别设计了储能单元恒压下垂模式和恒流模式的控制策略。结合直流微电网运行模式和储能单元控制策略,进一步提出了基于母线电压信息和微电网中心控制器指令相结合的储能单元运行模式切换方案。搭建了相关实验平台,所设计的储能单元可按照母线电压信息和电流指令在恒压与恒流模式之间进行切换,实验结果验证了所提储能单元控制策略与运行模式切换方案的有效性。     

光储直流微电网系统协调控制策略研究

为了更好地控制、管理和使用随机性较大的分布式可再生能源和需求波动较大的负载,文章对光储直流微电网系统内不同的变换器提出不同控制策略,通过不同控制策略控制变换器协调运行来保证系统的稳定运行,同时利用基于超级电容和蓄电池的互补特性设计了级联的拓扑结构组成混合储能系统,使系统稳定性进一步提高;并将系统分为多个运行模式,在所提控制策略下系统在多个模式间实现平滑稳定切换。最后对运行中出现的分布式光伏电源输出波动和负载变化情况在MATLAB/Simulink进行了仿真实验。结果表明,所提策略能有效抑制系统直流母线电压波动和优化混合储能的运行,提高了系统的可靠性和稳定性,验证了控制策略的有效性和可行性。     

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。     

直流微电网独立与并网模式无缝切换控制策略

独立与并网工作模式无缝切换是直流微电网的重要研究问题。为了解决这一问题,本文提出了一种基于大电网电压检测和储能双向DC/DC(Direct Current/Direct Current,直流/直流)变换器多控制环调度的切换策略,该策略根据SRF-PLL(Synchronous Reference Frame-Phase Locked Loop,同步参考坐标系-锁相环)检测的交流电压对DC/DC控制环路进行调度,在不同的运行状态下启动不同的控制环路,调整储能双向DC/DC变换器的功率流向与控制对象,实现微电网运行模式的无缝切换。在建立SRF-PLL和双向DC/DC变换器的s域小信号模型并设计不同控制环路补偿器的基础上,搭建了直流微电网的仿真平台,实现了所提出的无缝切换控制策略。在搭建的仿真平台上对储能双向变流器不同能量流向条件下的模式切换进行了研究。仿真结果表明,本文提出的控制策略具有良好稳态和暂态性能,可以满足直流微电网独立与并网模式无缝切换的控制要求。     

基于PCS模型的超级电容器蓄电池混合储能研究

混合储能系统(HESS)将能量型储能和功率型储能结合,充分利用不同储能设备的特性取长补短,可以适应微电网各种场合的需求。建立了混合储能系统的数学模型,提出了一种基于能量转换(PCS)模型的超级电容器蓄电池混合储能系统。采用蓄电池与超级电容分别经过双向DC-DC变换器接入直流母线并联,再经统一采用PQ控制算法的DC-AC功率变换器接入交流电网的接入方式,该结构可减少DC-AC变换器的数目。最后进行了仿真研究,仿真结果表明:该储能系统一方面满足超级电容在短时间大功率吞吐过程中的组串电压范围要求;另一方面可维持直流母线电压恒定,减小锂电池在充放电过程中的电流纹波,控制灵活性高,具有所需超级电容和电池电压等级较低、利用率高的优点。     

基于双向变换器的光伏储能控制策略研究

独立光伏系统中,储能环节起到平衡功率、稳定系统的关键作用,而合理的控制策略能将储能系统与光伏阵列有机地结合起来,双向DC/DC变换器正是完成此目标的桥梁。本文在对已有的双向DC/DC变换器进行优化设计的基础上,提出了一种兼顾电池电性能与系统稳定性的储能系统控制策略。在Matlab仿真环境下搭建了带有双向DC/DC变换器的独立光伏系统模型,并对储能系统的工作情况进行仿真,验证了变换器拓扑结构与储能控制策略的合理性。     

用于平抑风电波动功率的混合储能静止同步补偿器

针对传统静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)只能补偿无功功率的不足,提出一种新型混合储能静止同步补偿器(STATCOM/HESS),通过在直流侧增加混合储能装置,可快速补偿系统所需要的有功功率和无功功率。相比于有关学者之前提出的蓄电池储能静止同步补偿器(STATCOM/BESS),采用STATCOM/HESS可充分利用超级电容功率密度高及蓄电池能量密度高的特点,储能系统的动态响应特性和运行寿命得到极大改善。对STATCOM/HESS的拓扑结构进行了研究,并对其应用于风电场的协调控制策略进行了分析,在PSCAD/EMTDC中建立了STATCOM/HESS的仿真模型。结果表明,STATCOM/HESS在稳态情况下能够有效平抑风电场的有功功率波动,并能够根据需要发出感性和容性无功功率,优化风电场的并网运行。     

基于母线电压的储能直流变换器下垂控制策略

电池储能系统的核心装置之一是双向DC/DC变换器,双向LLC谐振变换器以其高效高功率密度的优势在电池储能系统中得到广泛应用。此处对双向DC/DC变换器功率双向切换问题展开研究,通过采用直流母线电压下垂技术,确定了电池储能系统中双向DC/DC变换器功率传输和双向切换的逻辑;针对双向切换时采样信号的干扰问题,提出一种二阶巴特沃斯滤波器和限幅滤波器的结合策略,增强了系统的可靠性,加快了功率双向切换速度;最后,通过搭建PLECS仿真平台和2.5 kW实验平台,验证了基于直流母线电压下垂控制的功率双向切换策略的有效性和优越性。