基于电压下垂法的独立直流微网混合储能系统控制策略改进

针对独立直流微网中混合储能单元使用寿命问题,基于电压下垂控制的混合储能单元控制策略,提出了混合储能系统控制策略的改进措施。首先采用基于超级电容荷电状态的稳态功率修正策略,使超级电容在工作一段时间后荷电状态能够恢复至初始额定值,避免超级电容过充或者过放。其次,针对电池使用寿命问题,提出基于混合储能荷电状态的能量管理策略,以达到延长电池使用寿命的目的。最后通过Matlab/Simulink仿真分析,证明该方法在光伏输出功率改变条件下可有效延长电池与超级电容使用寿命。     

含混合储能系统的独立直流微网协调控制策略

针对独立运行的多储能直流微网,为了减少蓄电池充放电次数和提高蓄电池间荷电状态的均衡速度及精度,提出了一种基于源荷功率差信号的直流微网混合储能控制策略。该策略在详细分析了直流微网工作模式的基础上,设置功率分层点作为超级电容和蓄电池工作切换依据,即超级电容和蓄电池分别优先工作在源荷功率差较小和较大的情况下,避免了蓄电池在源荷功率平衡点处频繁充放电切换。当多个蓄电池同时出力时,通过改进下垂控制,动态地增大均衡期间蓄电池间下垂系数差别,提升蓄电池荷电状态及负荷功率均衡速度和精度,避免部分蓄电池因荷电状态越限而提前退出运行。最后,在MATLAB/Simulink仿真软件上验证了所提控制策略可稳定运行在各种模式下,并具有较高的荷电状态均衡速度和精度。     

A power allocation strategy of a hybrid energy storage system for a PV grid-connected system

针对光伏并网系统中光伏微电源出力的波动性和间歇性,将蓄电池和超级电容器构成的混合储能系统HESS（hybrid energy storage system）应用到光伏并网系统中可以实现光伏功率平滑、能量平衡以及提高并网电能质量。在同时考虑蓄电池的功率上限和超级电容的荷电状态（SOC）的情况下,对混合储能系统提出了基于超级电容SOC的功率分配策略;该策略以超级电容的SOC和功率分配单元的输出功率作为参考值,对混合储能系统充放电过程进行设计。超级电容和蓄电池以Bi-direction DC/DC变换器与500 V直流母线连接,其中超级电容通过双闭环控制策略对直流母线电压进行控制。仿真结果表明,所提功率分配策略能对混合储能系统功率合理分配,而且实现了单位功率因数并网,稳定了直流母线电压。     

计及混合储能荷电状态的光伏直流微网功率分配策略

针对光伏直流微电网中光伏出力和负荷投切产生的功率波动,将锂电池和超级电容器构成的混合储能系统（hybrid energy storage system,HESS）运用在直流微网中可以平抑系统功率波动和稳定直流母线电压。在考虑超级电容荷电状态（SOC）的二次功率分配的基础上,提出一种基于光伏单元,混合储能系统和负荷三者协调运行的控制模式。根据光伏电池出力情况和负载消耗功率的关系以及各储能单元间SOC的不同,将光伏直流微电网分为4种运行模式,实时调节各储能单元的出力情况,使系统各微源间的功率达到动态平衡。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了一个含混合储能系统的光伏直流微网仿真模型,结果表明所提控制策略既能稳定运行在各种工作模式,又能保证直流微网系统稳定可靠运行的前提下优化各微源间的出力,验证了该控制策略的有效性和准确性。     

带混合储能的微网并网控制策略研究

新能源发电的不确定性严重影响了电力系统的稳定。采用蓄电池单一储能的方式很难具有高功率密度、高效率、无污染等优点。为了克服蓄电池储能的缺点,文章将蓄电池和超级电容组成混合储能单元,利用高通滤波器将微网系统功率波动分为高、低频两部分,高频部分由超级电容直接吸收或释放,而低频功率分量与蓄电池、超级电容的剩余容量一起作为模糊控制器的输入,通过模糊规则的建立,求解出超级电容对低频功率分量的分担系数,进而计算出蓄电池和超级电容对系统功率的分担量。搭建仿真与实验平台,结果表明该控制策略充分利用了超级电容的容量,且能使整个微网系统高效稳定地运行。     

基于集合经验模态分解的微电网混合储能优化配置

为了平抑微电网联络线功率,该文采用磷酸铁锂电池与超级电容组合的方式进行微电网混合储能优化配置。首先,根据电网调度安排,将微电网净负荷分解为联络线功率与混合储能系统总功率。其次,通过集合经验模态分解将混合储能总功率分解为锂电池平抑的低频分量与超级电容平抑的高频分量,并建立混合储能的等年值成本、平抑联络线功率、能量供需平衡目标函数,采用自适应粒子群算法求解混合储能容量。根据储能的荷电状态,采用模糊控制算法对锂电池、超级电容的充放电功率进行二次修正,保证储能系统的长期运行。基于某并网型微电网进行算例分析,仿真验证该方法的经济性与有效性。     

含小水电集群的互补微网混合储能容量配置

针对功率型和能量型储能装置的特点,提出了一种由小水电群等多种分布式能源构成的微电网混合储能容量最优配置方法。基于风、光、水年出力特性曲线与全网年负荷曲线,以购置成本、运行与处理成本为目标,系统储能容量、微网瞬时功率、系统最小功率、蓄电池放电深度以及超级电容充放电电流与电压等条件为约束,采用自适应遗传算法对目标函数进行求解,得到混合储能系统中蓄电池和超级电容的最优容量。结果表明,较之传统的蓄电池储能系统,混合储能系统可以大大减小购置与运行成本。     

考虑超级电容荷电状态的光伏发电系统功率控制研究

针对光伏出力的波动性和间歇性,文章将蓄电池和超级电容器相结合的混合储能系统HESS(Hybrid Energy Storage System)应用到光伏并网系统,实现了光伏系统的功率平滑,平衡能量,提高并网电能质量。同时考虑到低通滤波法在进行功率分配时存在滤波时间常数难以计算的问题,就蓄电池与超级电容提出一种由超级电容荷电状态(SOC)来反馈二者功率分配的控制策略;该策略以超级电容的SOC和功率分配单元的输出功率作为参考值,对混合储能系统充放电过程进行设计。仿真结果表明:与低通滤波法相比,文章所提功率分配控制策略延长了蓄电池的使用年限,防止了超级电容器的过充、过放,而且实现了单位功率因数并网。     

独立光伏供电系统中多储能单元协调控制策略的研究

文章提出了一种由超级电容器和多个蓄电池储能单元组成的混合储能系统,并将该储能系统应用于独立光伏供电系统。其中,多个蓄电池储能单元能够增大混合储能系统的容量,并提高供电系统的可靠性。由于不同的蓄电池储能单元的荷电状态存在差异,因此,提出了一种改进SOC下垂控制方法,并利用该控制方法实现了不同蓄电池储能单元传输功率的优化分配和SOC的动态均衡,优化了蓄电池储能单元的能量传输过程。超级电容器可以补偿光伏系统传输功率缺额的高频部分,减少蓄电池储能单元充、放电的次数,维持直流母线电压的稳定。文章通过仿真模拟,验证了所提出的控制策略能够优化各储能单元的运行状态,并有效地维持了光伏系统传输功率的平衡和直流母线电压的稳定。     

一种基于模糊控制的混合储能系统能量管理策略研究

混合储能系统中,锂离子电池循环寿命短和超级电容能量不足是制约混合储能发展的两大因素。文章提出了一种新型混合储能系统的能量管理策略,在综合考虑锂离子电池温度及荷电状态和超级电容荷电状态的基础上,通过模糊控制动态调节低通滤波器的时间常数,实现对混合储能的功率分配。在保证锂离子电池平滑输出的同时,减少了锂离子电池热量的产生;运用能量转移的方式对超级电容进行越限保护,提高超级电容在两种极端情况下的响应能力。算例分析表明,文章提出的功率分配策略和超级电容越限保护方法,可以有效地改善两种储能介质的出力。     

基于AFPSO的孤岛型直流微网多目标优化研究

针对传统微网多目标优化配置过程中,易受特殊气象数据影响而导致的低鲁棒性问题,建立微网经济性、稳定性和环保性等多目标优化模型,并设置了蓄电池、超级电容储能荷电状态、最大瞬时功率要求以及功率平衡等约束条件,并据此分析微网多目标优化问题。先利用线性加权求和法转化为单目标求解问题,再采用高鲁棒性快速粒子群优化算法,求得微网内风-光-微燃气轮机-蓄电池-超级电容的最优配置组合。最后设立鲁棒性改进前后的多个算例,从经济性、环保性等方面对比分析,验证算法的有效性。     

提高双向调节能力的混合储能平滑风电控制策略

为有效平滑风电出力,避免电池频繁充放电,提出了基于模型预测控制-模糊控制的并网功率平滑控制策略。首先采用模型预测控制获取风电目标出力与混合储能总输出参考功率;然后,设计了基于超级电容荷电状态的模糊自适应时间常数的一阶低通滤波法,对超级电容与锂电池实现自适应功率分配;接着基于双储能系统的充放电不平衡指标设计了模糊荷电状态优化控制,同时设计了改进双储能工作模式及相应切换规则以避免荷电状态越限;最后在Matlab/Simulink平台上建模仿真,验证了该控制策略的有效性。结果表明,所提控制策略不仅可以有效平滑风电并网功率,减小储能容量与功率配置,还可以减小锂电池的充放电切换次数,提高系统的双向调节能力。     

基于功率交互和充放速率优化的交直流混合微网控制策略研究

针对具有间歇性和波动性的风光分布式微源,为保证微电网电能质量具有较高的可靠性和稳定性,建立具有燃气轮机和混合储能系统的交直流微网结构并提出一种新型的功率分配策略,可增强微网孤岛运行的灵活性。该控制策略将系统总功率差额进行滤波后采用蓄电池承担负载瞬间波动功率的低频分量且对其功率吞吐速率进行优化控制,蓄电池并维持母线电压的稳定;超级电容提供其差值功率,同时系统能量平稳后由蓄电池承担超级电容产生能量的盈亏,时刻维持其电压初始状态,实现储能间的功率交互并且可有效降低对其配置设备容量的要求。分析混储系统无法长期运行时与燃气轮机的协调控制情况。最后,通过Matlab/Simulink混合储能交直流微网的算例仿真,验证所提能量管理方案的可行性和控制策略的有效性。     

基于变系数ES的混合储能平抑风电波动控制策略

构建基于荷电状态及功率约束的超级电容和氢储能充放电模型,提出基于变系数(variable coefficient)指数平滑算法(exponential smoothing,ES)的混合储能平抑风电波动控制策略。首先确定电网充许风功率波动范围的准目标波动量,提出基于准目标波动量的变平滑系数计算方法;其次依据变平滑系数ES计算平抑波动的混合储能功率期望值,引入修正系数计算混合储能功率分配系数,获得混合储能功率最优分配值;再次采用功率波动越限幅值总和、波动越限概率2个指标评估控制策略的平抑波动的效果。算例仿真结果表明,所提控制策略能确保混合储能荷电状态工作在合理区间,实现混合储能功率最优分配,验证所提控制策略的有效性。     

基于混合储能的直流微电网孤岛运行控制策略研究

分布式能源越来越受到人们的重视,但由于分布式能源发电的不稳定性特点,也加大了大电网的波动风险。微电网能够弥补分布式电源的缺点,减轻大量入网对电力系统的影响。由于微电网运行中,负载不断变化导致母线电压波动,因此维持母线电压稳定,将有利于微电网平稳运行。为提高微电网的经济性与可靠性,采用锂蓄电池-超级电容混合储能系统,并针对混合储能系统的直流微电网孤岛运行策略进行研究。根据微电网储能系统、锂蓄电池储能和超级电容器储能等基本原理,针对孤岛运行模式下微电网母线电压波动及储能系统运行性能下降的问题,设计了一种基于混合储能的直流微电网孤岛运行状态下的控制策略。用电压电流双闭环的储能系统控制方式,以DC-DC变换器进行功率分配,锂蓄电池对低频部分功率进行补偿,高频部分功率由超级电容器补偿。同时该混合储能系统能有效减少锂蓄电池充放电变化,避免过充过放现象的发生。通过Matlab/Simulink软件搭建仿真平台进行仿真模拟,证实了所设计的控制策略在稳定母线电压,避免蓄电池频繁充放电及过充过放现象中具有良好的优化作用。     

面向配电网优化的混合储能系统控制策略

文章提出一种面向配电网优化运行的混合储能系统控制策略。首先建立光伏-混合储能系统柔性并网模型,针对配电网"源-网"经济运行和节点电压优化目标,提出光伏-混合储能系统参与配电网优化运行策略,获得混合储能最优目标功率;然后根据荷电状态及其充放电状态,提出混合储能多目标分频和内部能量协调控制策略,合理分配蓄电池和超级电容器的充放电功率。仿真结果表明,该策略不仅可以有效实现配电网经济运行和节点电压越限治理,而且能够充分发挥不同储能介质的技术特性,延长混合储能系统的运行寿命。     

小型风力发电混合储能及能量管理系统

针对小型风力发电系统中风速和负载突变引起的功率波动,采用蓄电池和超级电容器组成混合储能系统进行平抑,为充分利用蓄电池和超级电容器所具有的互补性能,研究了能量管理控制策略。根据风速及负载的变化和超级电容器的荷电状态,控制混合储能装置的工作模式,使风力发电机、蓄电池和超级电容器3个能量源协调工作。为验证能量管理策略的有效性,用Matlab/Simulink进行仿真研究。仿真结果表明:风力发电机输出功率波动且负载突变时,采用混合储能能够减小功率波动对系统的冲击,使蓄电池工作在优化的充放电状态,有助于延长蓄电池使用寿命,加快储能装置响应速度,提高系统能量利用效率。     

双源纯电动汽车能量管理策略研究

针对双源纯电动汽车运行中超级电容与蓄电池联合供电的能量分配问题,本文引入基于模糊控制的能量管理策略。通过将整车需求功率、蓄电池及超级电容SOC(荷电状态,State of Charge)作为模糊控制器的输入,蓄电池功率分配系数作为输出,对能量控制系统进行建模仿真。通过Simulink的仿真结果表明,该模糊控制器能够较好地分配能量,满足实车运行中的功率需求,减少大电流对蓄电池的冲击,提高蓄电池的循环利用次数,有利于汽车长时间稳定运行。     

平抑风电波动的混合储能协调优化控制方法

为充分利用混合储能系统的互补特性,提高混合储能系统的响应能力并防止其过充过放,有必要对混合储能的功率分配方案进行协调优化控制。采用一阶低通滤波作为风电平抑方法,根据不同时间尺度提出混合储能两级协调优化控制方法,在长时间尺度上采用模糊控制方法调整滤波时间常数,以蓄电池的荷电状态(state ofcharge,SOC)为优化目标完成对混合储能的第1级控制;第2级控制即在短时间尺度内采用功率转移使超级电容SOC处于活跃状态,实现功率的最终分配。通过算例系统仿真,验证方法的有效性。     

基于模糊控制的EV混合储能能量管理策略研究

针对锂电池和超级电容混合储能系统输出功率实时分配问题,为提高策略控制精度,设计了一种基于参数改进的模糊控制策略。根据混合储能单元实时荷电状态建立了动态功率模型,以各储能装置实时最大允许充放电功率和系统需求功率为输入参数,制定了更为精确的模糊控制规则,以实现模糊控制功率分配。搭建实验平台,将参数改进前后的模糊控制策略进行比较。实验结果表明,采用参数改进后的模糊控制系统工作稳定,单位时间内锂电池电流幅值平均降低了5%,提升了超级电容的使用效率,可延长锂电池使用寿命。