基于混合静止能量的虚拟转动惯量控制技术

首先在频率动态变化过程中,建立蓄电池的电池储能、超级电容器的电容储能与同步发电机的机械动能间的能量转换关系,阐述源于2种静止能量的混合储能系统的虚拟转动惯量的定义。其次,根据蓄电池和超级电容器的充放电特性,利用2种储能单元间的功率协同调节,提出含电池储能与电容储能的虚拟转动惯量的控制策略。该控制策略通过监测系统频率波动,根据2类储能元件的功率调节特性及荷电状态,协同调用2种静止能量,以模拟同步发电机组的惯性响应。最后,通过搭建含混合储能的光伏微电网仿真系统,验证了所提控制策略能够充分利用混合储能设备中存储的静止能量快速虚拟出惯性响应,显著改善系统频率的稳定性。     

基于VSG的光伏及混合储能系统功率分配与虚拟惯性控制

在基于虚拟同步发电机(VSG)控制的光伏及混合储能系统中,不同类型的储能之间存在协调配合问题,其荷电状态(SOC)也与VSG的控制策略密切相关。针对该问题,提出了一种基于VSG的光伏及混合储能系统的协调控制策略。在逆变器直流侧引入混合储能系统,并基于VSG控制原理对其进行功率分配。根据储能SOC与VSG虚拟惯性之间的定量关系,设计了一种改进的虚拟惯性自适应控制策略,并给出相关参数的选取原则,在改善系统输出频率和功率动态响应的同时,对储能SOC进行控制。基于MATLAB/Simulink进行仿真,结果表明所提控制策略可以有效改善系统电压和频率的稳定性,实现混合储能之间功率的合理分配,提高储能的充放电性能并延长其寿命。     

考虑储能单元健康状态与荷电状态一致性的BESS功率分配策略

针对由多个储能单元组成的大型电池储能系统(BESS)不规则充放电导致的储能单元健康状态（SOH）和荷电状态（SOC）不一致性问题,研究储能单元内SOH差异与SOC一致性的关系。结合充放电优先级排序和自适应变异粒子群优化(AMPSO)算法,提出考虑储能单元SOH和SOC一致性的BESS功率分配策略。基于包含BESS、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,对所提功率分配控制策略与传统功率分配控制策略进行了对比仿真分析。仿真结果表明,所提控制策略可有效提高储能单元SOC的一致性,延长储能单元使用寿命,降低储能单元运行损耗,增强BESS双向调节能力。     

直流微网储能单元的灵活类虚拟同步发电机控制

直流微网中组网变流器采用虚拟电机控制可改善系统中因功率波动所引起的电能质量问题,但其无法兼顾直流母线电压动态调节的灵活性。针对此问题,以直流微网中蓄电池储能单元的DC-DC变流器为研究对象,基于类虚拟同步发电机控制技术,利用直流电压变化率与惯性参数耦合的机理,提出一种能够实现直流电压灵活动态调节的灵活类虚拟同步发电机控制。通过建立小信号模型,基于DC-DC变流器端口响应与根轨迹的分析,揭示了主要参数变化对系统惯性与稳定性的影响规律,并给出相应的整定方法。其次,通过结合蓄电池的双向特性以及系统稳定裕度指标,给出了惯性参数的稳定取值区域,实现合理范围内惯性控制的灵活调节。然后根据荷电状态(state of charge, SOC)对蓄电池提供惯性功率能力的影响,基于SOC对惯性控制中下垂系数的取值进行实时约束。研究结果表明,灵活类虚拟同步发电机控制能给系统提供灵活可调的惯性支撑,使直流电压具有更好的动态特性和稳定性。最后,通过Matlab/Simulink仿真验证了所提控制策略的有效性。     

基于FSBB变换器的直流微电网SOC平衡控制策略

针对直流微电网工作时易出现储能单元SOC不平衡的现象,提出一种基于四开关BuckBoost(FSBB)变换器的直流微电网SOC平衡控制策略。使用四开关Buck-Boost变换器替换双向DC/DC变换器与蓄电池相联,既保证功率可以双向流通,又提高储能单元动态响应能力和抗干扰能力;设计了一种基于储能单元SOC平衡的改进下垂控制策略,将蓄电池SOC函数与下垂系数相结合,使各储能单元在充放电过程中按SOC值分配输出电流,实现储能单元SOC平衡和单元间电流合理分配;同时负载跳变时保持母线电压稳定,实现不同模式的平滑切换与功率分配,且无需互联通信,降低系统设计成本。在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,验证了所提控制策略的正确性和可行性。     

基于虚拟同步发电机的储能单元控制策略研究

虚拟同步发电机(VSG)并网技术能有效提升分布式电源对电网的友好性.在微电网运行过程中,储能装置的使用寿命受其充放电次数、充放电深度以及实时的荷电状态(SOC)等因素影响.为提高储能装置的使用寿命,提出一种考虑储能的VSG协调控制技术,根据SOC来确定储能装置的充放电量,避免储能装置过充和过放等情况.最后,基于Matlab/Simulink软件搭建了相应的仿真模型,并搭建基于VSG的储能单元控制策略的硬件实验,仿真和实验均验证了所提控制方案能够有效实现VSG控制与储能的协调配合.     

一种虚拟同步机直流侧混合储能系统控制策略

为了解决分布式电源渗透率升高对电力系统稳定性的影响问题,国内外学者提出了虚拟同步发电机的控制策略,将同步发电机的转动惯量和阻尼特性引入到传统的逆变器控制中,提升了分布式电源的并网友好性。该文提出了虚拟同步发电机中蓄电池和超级电容混合储能系统的功率分配方法,对关键参数的整定进行了分析。搭建Matlab/Simulink仿真模型,分析了负载恒定、阶跃突变和连续变化情况下直流侧混合储能系统的功率分配效果,验证了所提功率分配方案的可行性和有效性。     

VSG虚拟惯量动态区间控制策略

随着高渗透率光伏发电系统接入大电网,光伏逆变器因为缺乏转动惯量支撑严重威胁了系统稳定性。根据传统发电机模型,建立了光储结合形式的虚拟同步发机电（virtual synchronous generator,VSG）等效模型。根据功率守恒原则,在光伏输出功率波动或者负载波动时,因储能环节的存在以及功率的可控性,蓄电池可以提供类似于同步发电机的转子暂态功率。由于蓄电池不同于转子通过转动储存能量的特性,在不同蓄电池荷电状态（state of charge,SOC）下,蓄电池可以提供不同的惯性支持,同时需要最小转动惯量来保证系统频率的稳定性。文章提出了根据蓄电池SOC变化和以频率改善为目的的改进VSG优化控制方案,最后通过MATLAB/simulink仿真,验证了其理论分析的有效性。     

平抑风能波动的储能电池SOC与滤波协调控制策略

风电功率波动率是风电并网考核的重要内容之一,采用蓄电池储能装置是平滑风能波动最常用的方案。为提高储能设备的使用寿命,提出一种蓄电池充放电控制策略,在最小容量配置下能保持蓄电池荷电量（SOC）水平,同时实现对风电功率的滤波。MATLAB仿真结果表明所提控制策略可以在满足风功率波动指标的基础上取得良好的SOC控制效果,且实际并网储能系统的模拟测试验证了该策略的可行性和有效性。     

一种计及储能容量和SOC约束的模糊自适应VSG控制策略

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制策略可解决分布式能源并网系统缺少惯性的问题,以有效支撑系统频率。VSG控制的惯量设定与储能单元的配置密切相关,首先建立基于储能荷电状态(state of charge,SOC)约束的VSG控制模型,给出计及储能容量和SOC约束的惯量范围,然后充分利用VSG惯量和阻尼系数灵活可调的优势,结合模糊理论提出一种计及储能容量和SOC约束的模糊自适应VSG控制策略,将惯量的范围作为模糊自适应环节的输出论域,使惯量和阻尼参数在合理范围内根据要求实时地进行调整来应对功率变化、负荷扰动以及频率偏移。最后通过Matlab/Simulink仿真对比不同VSG策略的控制效果,验证了所提策略的可行性和有效性。     

基于DMPC和储能单元约束的分组一致性控制策略

针对多个电池储能单元间的分布式协调控制问题,提出了一种分布式储能单元分组一致性控制策略。首先,提出了一种基于分布式模型预测控制和状态约束的加权一致性算法,能考虑各储能单元的功率约束条件并快速完成多储能单元的功率分配。其次,提出了一种储能单元分组控制策略。根据荷电状态(state of change, SOC)信息设定储能单元的权重,达到改善储能单元SOC的一致性的目的。同时基于所提一致性算法,制定储能单元组间协调控制策略和储能单元效率提升策略,从而达到改善储能系统调节能力、延长储能系统寿命和提升能量转换效率的目的。最后,在Matlab中构建含8个电池储能单元的微电网系统,对所提算法和控制策略进行仿真分析。仿真结果表明,所提算法和控制策略在提升收敛速度、优化控制效果、延长储能系统寿命以及提升储能系统运行效率方面均具有一定优势。     

级联型储能系统中虚拟同步发电机控制及电池自均衡策略

为更好地应对可再生能源装机容量不断提升而传统分布式储能系统容量小、电压等级低的问题,提出采用级联H桥拓扑实现单机电池储能系统(BESS)的高压、大容量化。为增强储能系统入电网友好性,对虚拟同步发电机(VSG)控制技术进行了研究,结合同步发电机的一次调频特性及调压特性,详细分析了同步发电机的二阶等效模型和VSG控制策略,建立VSG控制的宽频带小信号动态模型,定量分析VSG控制的固有功率耦合特性及交流侧阻抗对VSG控制的影响,提高了VSG模型准确度。通过频域模型分析虚拟惯性和阻尼以及无功控制参数与BESS性能的关系,为VSG稳定性分析及关键参数的设计与优化提供了依据。针对VSG控制下BESS模块电池荷电状态均衡的问题,提出一种改进型最近电平调制方法并给出了调制原理,实现了相内模块间荷电状态的自均衡。最后,利用搭建的仿真模型,验证了VSG在级联型BESS应用中的可行性、参数分析以及调制方法的有效性。     

含储能环节的光伏电站虚拟同步发电机控制策略与分析

针对高渗透率光伏发电接入电网带来的电压/频率稳定问题,虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator, VSG)策略作为一种能使光伏电站主动参与电网调频、调压的控制技术,受到了广泛地关注。以含储能的光伏电站作为研究对象,提出了含储能环节的光伏电站虚拟同步发电机控制策略,推导了光伏虚拟同步发电机的有功-频率控制、无功-电压控制的数学模型,并对其控制器及参数进行了分析。在PSCAD/EMTDC环境中建立光伏虚拟同步发电机仿真模型,对该虚拟同步发电机有功频率、无功电压特性的动态过程进行了模拟,仿真结果验证了文中理论分析的正确性以及所提控制策略的有效性。     

考虑SOC的混合储能功率分配与自适应虚拟惯性控制

电力电子化的直流配电网存在低惯性问题,不利于系统稳定运行。混合储能设备可向电网提供虚拟惯性,但不同类型的储能之间存在功率协调问题,并且储能的荷电状态(state of charge, SOC)对虚拟惯性的调节也有约束作用。针对上述问题,提出了一种自适应时间常数的分频控制策略,时间常数根据混合储能系统(hybrid energy storage system, HESS)的SOC而动态调整以改变功率分配。首先,通过分析储能SOC与虚拟惯性的关系,并考虑储能充放电极限问题,研究兼顾SOC、电压变化率以及电压幅值的自适应虚拟惯性控制策略,提高系统惯性。然后,建立控制系统的小信号模型,分析虚拟惯性系数对系统的影响。最后,基于Matlab/Simulink搭建直流配电网仿真模型,验证了所提控制策略能合理分配HESS功率,提高超级电容器利用率,改善直流电压与功率稳定性。     

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。     

光储发电系统的虚拟转动惯量控制

在深入研究光储发电系统控制策略的基础上,阐述蓄电池虚拟转动惯量的概念,分析在频率动态变化过程中蓄电池的电池储能与机械动能之间的能量转换关系,并提出基于光储发电系统的虚拟惯性控制策略。该控制策略通过检测系统频率的变化与蓄电池荷电状态,调节蓄电池的荷电状态变化率与充放电电流的速率,从而短时调节蓄电池储备能量为系统提供惯性支持。通过光伏装机比重约为30%的仿真系统,验证该控制策略在系统出现功率不平衡后,能够利用蓄电池的虚拟惯量快速响应系统频率变化,从而提高了系统的频率稳定性。     

光伏虚拟同步发电机建模与仿真研究

为提高光伏虚拟同步发电机建模的准确性,给出了计及光伏输出最大功率点跟踪、储能、并网逆变器于一体的光伏虚拟同步发电机的建模方法。首先,考虑光伏阵列及蓄电池储能的输出特性,分直流和交流两部分建模,得到其各自的输出功率数学模型。其次,结合光伏输出最大功率点跟踪和储能的双环控制,提出一种分层协调的虚拟同步发电机控制策略,给出光伏虚拟同步发电机四种运行模式,并综合交直流输出特性,获得光伏虚拟同步发电机四模式运行的等效输出静态模型。最后,通过Matlab/Simulink平台搭建了光伏虚拟同步发电机的仿真模型。仿真结果验证了所建模型的准确性及控制策略的有效性。