链式电池储能系统的荷电状态复合均衡控制策略

针对链式电池储能系统相间荷电状态(SOC)不均衡问题,在详细分析链式储能系统功率模型的基础上,提出了一种结合零序电压和负序电压注入的新型复合SOC均衡控制策略。此控制策略兼顾了储能装置的输出性能、相间SOC均衡能力和电能质量,均衡过程能够实现平滑过渡,对系统无扰动。实验样机的运行结果证明了所提控制策略的正确性和有效性。     

多中压交流端口链式电池储能功率变换系统

基于级联H桥型功率变换的链式电池储能系统(cascaded H-bridge energy storage system,CHB-ESS)适用于无变压器中高压直挂式大容量应用场合,具有电池“分割管控”、高效、可靠、模块化、易扩展等优势。而现有的CHB-ESS为单中压交流端口的设计,只能挂接在单个交流配电网。随着分布式发电及快速充电桩等大规模接入,需要在配电网中大量ESS分散式接入,导致建设成本高,占地面积大等问题。为拓展ESS在配电网中的应用场景,文中基于CHB-ESS,提出具有多中压交流端口的ESS拓扑,该结构实现了多条中压交流馈线与同一ESS的柔性互联,具有储能共享、能量多向流动、网间功率互济以及馈线间潮流可控等功能。文中围绕所提出的ESS结构,分析其工作原理、能量平衡机制,提出中压交流端口功率解耦控制、能量均衡控制以及电池单元SOC均衡控制策略,最后,通过仿真和小功率样机实验验证所提出拓扑及控制策略的可行性及有效性。     

大容量链式电池储能功率调节系统控制策略

大容量链式电池储能系统(battery energy storagesystem,BESS)是解决风力发电等可再生能源发电大规模并网问题的有效手段之一。针对BESS的功率调节系统(powerconditioning system,PCS)控制策略,在α-β静止坐标系下应用比例谐振(proportional resonant,PR)调节器实现瞬时功率无静差控制;通过注入零序电压实现相簇间荷电状态(stateof charge,SOC)均衡控制,并通过在各级联单元叠加相应交流电压实现相簇内各单元SOC均衡。仿真结果表明,采用该控制策略的PCS进行瞬时功率控制时具有较快的动态响应速度和较小的稳态误差,同时能有效实现SOC均衡控制,验证了该控制策略的正确性和可行性。     

级联多电平储能功率转换系统调制方法分析

主要针对H桥级联型大容量电池储能功率转换系统(PCS)调制策略进行了理论分析和研究。首先针对载波移相PWM调制,载波层叠PWM调制以及阶梯波调制分别分析了其电压频谱特性,并设计出一种简单的阶梯波调制方法。其次基于容量等级和额定电压为2 MW/10 kV的储能功率转换系统,构建了Matlab仿真模型,仿真验证了这种阶梯波调制的有效性并比对不同调制方法的差别。     

基于电流前馈控制的小电容链式储能系统

级联H桥链式结构可有效解决中低压储能系统运行和管理问题,而链式储能系统各子模块输出功率含有低频波动电压,因此工程上多采用大电容以降低电容波动电压,避免设备过电压.本文提出了一种适用于具有双向DC-DC链式储能系统的电流前馈控制法,通过前级DC-DC变换器产生二倍频波动功率输出,降低链式结构模块电容二倍频功率分量,从而可减少直流电容电压波动,大幅降低电容容值.本文详述了电流前馈控制实现机理,并通过实验有效验证了所提方法的有效性.     

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。     

级联式电池储能系统在线间歇放电检测方案

在现有级联H桥型逆变器的基础上,提出了一种级联H桥电池储能并网逆变器的拓扑设计方案,并将电池在线间歇放电检测技术加入控制策略中进行改进。新的拓扑用于级联式储能电站的工作过程中,在线电池故障检测技术可保障电站运行的安全性和稳定性。改进后的控制策略为储能电池组的动态特性和静态特性的分析提供了有效的数据支持。理论分析和仿真结果表明提出的新型拓扑和控制策略的有效性和可行性。     

模块化多电平电池储能系统功率控制与均衡策略研究

大量可再生能源接入电网会影响电网的稳定性和电能质量。电池储能系统作为可再生能源与电网间传递电能的接口,具有平抑功率波动、调频调压、提高电网运行稳定性的作用。基于模块化多电平变流器（modular multi-level converter,MMC）的电池储能系统（battery energy storage system,BESS）有利于削弱电池不一致性所引起的短板效应,通过功率控制实现电池模块间的均衡。该文分析了MMC-BESS的拓扑结构;针对MMC-BESS的直流侧、交流侧建立数学模型,通过控制能量的流动,提出一种对直流侧和交流侧的功率控制策略,以解决相间SOC均衡、桥臂SOC均衡、子模块间SOC均衡的问题,避免电池过充、过放,提高电池利用率;通过仿真模型验证了所提控制策略的有效性。     

链式储能系统储能单元能量均衡控制策略EI北大核心CSCD

作为解决新能源并网问题的有效手段,级联H桥储能系统虽有诸多优点,但是由于该结构的直流侧相互独立,在实际使用中容易出现"短板"效应,进而严重影响系统运行的稳定性。基于储能单元差异化充放电的思想,依据储能单元能量状态等相关条件构造出均衡函数。通过该函数计算输出A、B、C三相及相内各功率单元的均衡系数,用得到的均衡系数对系统的调制波进行调整,来改变各功率单元功率管开通和关断的时间,使得各相及相内各功率单元以不同的速度存储和释放能量,以实现相间和相内的储能单元能量的均衡。仿真和实验结果表明,所提出的能量均衡控制策略能够有效地实现相间及相内各功率单元的能量均衡,而且动态性能良好,能量均衡速度快。     

大容量级联式电池储能功率调节系统中多脉冲驱动技术研究

出于高压隔离目的,大容量级联式电池储能系统中,一般采用光纤传输驱动脉冲信号。由于H桥单元个数众多,驱动脉冲数量庞大,为减少光纤使用数量,降低系统成本,提高工作可靠性,采用编解码技术,对多路脉冲驱动信号进行编码后通过一条光纤信号进行串行传输成为一种可行的解决方案。首先分析了PWM脉冲信号的产生算法,在此之上提出针对多路PWM脉冲进行编解码的算法,指定通信协议,采用光纤信号进行串行通信,并将该方案成功应用于一台6 k V,600 k W电池储能功率调节系统(PCS)中,实验结果表明采用该编解码方案使用一条光纤即可完成传统多路光纤传输任务,功率调节系统输出与理论分析一致,电压谐波含量低,并网电流正弦度高,验证了所提的脉冲编解码方案的正确性与可行性。     

级联H桥中压储能系统离网控制策略

在高压大功率储能应用场景中采用中压储能系统相对低压储能系统具有更高的效率。目前基于级联H桥的中压储能系统研究较多,但已有研究多集中于并网运行,离网控制研究较少。该文对基于级联H桥的模块化多电平中压储能系统的离网运行控制进行了阐述。建立了级联H桥中压储能系统的离网模型,提出了包含交流电压外环和电流内环的中压储能系统离网电压控制策略,并针对离网运行时单相负载较多,三相电压容易不平衡的问题,提出了三相电压不平衡补偿控制方法。搭建了MATLAB/RT_LAB实时仿真系统,对上述控制进行了仿真验证。结果表明,三相负载平衡时,负载端电压保持恒定,电流内环跟踪精确;三相负载不平衡时,经电压不平衡补偿后,负载端的三相电压仍然能保持平衡,负载三相电流则随三相负载的大小而不同,仿真证明了该文提出的级联H桥中压储能系统离网控制策略的有效性。     

具有储能功能的链式STATCOM研究

针对具有储能功能的无功补偿器BS-STATCOM(STATCOM with battery energy storge system),讨论了其拓扑演化过程与系统集成特点,研究了其有功无功耦合问题,并分析了采用类STATCOM控制策略存在的问题。提出一种基于bangbang原理的新型控制策略,并对比分析,结果表明所提出的基于bangbang原理的新型控制策略能够有效地改善功率控制性能,扩大有功输出的范围。基于MATALB/Simulink构建了2 Mvar的BS-STATCOM仿真分析平台,分别对两种控制策略进行了仿真分析,验证了理论分析的正确性。     

注入无功功率的链式电池储能系统荷电状态均衡控制策略

针对链式电池储能系统相内电池组荷电状态(SOC)不均衡问题,分析了单位功率因数下均衡控制策略在SOC极度不均衡时导致过调制的边界条件,并提出了一种注入无功功率的新型相内SOC均衡控制策略。通过在各H桥调制信号中叠加有功和无功电压分量,重新分配有功和无功功率,保证SOC处于极端状态的电池组主要进行有功功率交换,其余电池组主要进行无功功率交换,实现极端模块调制比有效降低,非极端模块调制比略有增长,避免过调制。与单位功率因数均衡控制策略相比,该策略通过控制功率因数角充分协调各模块调制比,可以在各电池组SOC差异更大的情况下实现均衡控制,扩大适用范围。仿真结果验证了所提策略的正确性和有效性。     

级联型超导储能系统的整体协调控制方法

提出了级联型超导储能系统的整体协调控制方法,当系统未产生电压凹陷时,级联型逆变器通过相位控制实现对超导磁体的充电和电流维持;当系统产生电压凹陷时,通过状态空间反馈的方法迅速实现完全补偿,以保护电压敏感的负载;当凹陷解除时,又通过相角的渐变从电网吸收能量,以补偿超导磁体中能量的消耗。同时,在电流调节器的控制中,采用统一PI电压控制模式以保持级联逆变器直流母线电压的稳定。系统仿真结果表明,本文提出的方法控制电压凹陷的效果较好。     

用于电池储能系统的级联式电力电子变压器均衡及协调控制

针对用于电池储能系统的级联式电力电子变压器,提出基于混合脉宽多电平调制的电池均衡及协调控制策略。级联H桥采用混合脉宽调制可实现子模块功率双向独立调节,该策略利用这一特性对各电池单元进行差异化充放电及荷电状态均衡控制,同时保证系统总功率指令要求及网侧低谐波。为抑制混合脉宽调制时各H桥开关函数非线性时变及网侧功率指令变化引起的直流链电压波动,将整流级开关函数及功率指令作为前馈,提出了隔离双向DC/DC变换器的直流链电压协调控制方法。仿真和实验结果表明,所提控制策略可实现电池荷电状态曲线快速收敛及均衡、双向功率高性能控制以及直流链电压纹波有效抑制。     

链式储能系统电池侧二次脉动功率的抑制方法

链式变换器的电路结构适合应用于电池储能领域,然而单相变换器的本质决定了电池组与电网能量交换时有二次脉动功率,这将危害电池组的寿命。为了抑制传统链式储能系统电池侧的二次脉动功率,在电池与链式变换器之间插入一级双向升降压变换器,构成双级链式变换器。本文对比分析了传统单级链式与双级链式变换器在电池侧的功率脉动情况,提出双级链式变换器的控制策略,通过控制中间直流电容的电压纹波缓冲电池侧的功率脉动。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。     

基于公共直流母线的链式可拓展电池储能系统及控制

随着储能系统的容量不断增大,储能装置将被接入10kV或更高等级电网.城市电网对于接入装置的电能质量要求越来越高,同时工频变压器的占地与噪声等问题是限制大容量城网储能系统发展的突出问题.对此,文中提出一种基于公共直流母线的链式电池储能系统,该系统采用链式多电平拓扑接入电网,并以多组移相全桥DC/DC变流器替代工频变压器,储能装置通过各自独立的接口电路与直流负荷一起连接到公共直流母线上.该系统易于实现模块化,可灵活拓展,也便于不同种类、不同特性的储能电池接入.设计了该系统的主电路拓扑、控制体系与各部分控制器,并基于电磁暂态仿真验证了控制系统的有效性.