基于蓄电池-超级电容混合储能的风电功率平滑控制*

针对风电出力的随机性、波动性对电力系统的安全稳定运行产生了极大影响,提出了基于自适应滑动平均算法与集合经验模态分解相结合的混合储能系统平滑风电出力波动方法。首先利用自适应滑动平均算法将风电输出功率分解,得到满足并网条件的并网功率和混合储能功率;其次将混合储能功率进行集合经验模态分解,得到一系列频率由高到低依次排列的本征模态分量;然后根据蓄电池与超级电容的介质频率特性,将混合储能功率分配给蓄电池与超级电容;最后针对储能元件易出现过充过放的弊端,对储能元件的荷电状态进行实时监测,利用模糊优化控制对蓄电池与超级电容的功率指令进行实时修正。仿真结果表明,所提策略不仅能自适应地实现风电功率的分解,使得并网功率满足风电输出功率最大波动值的限值要求,还可确保储能元件的荷电状态工作在正常范围内,避免过充过放的发生。     

蓄电池与超级电容混合储能系统的控制策略

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。本文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,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四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。     

蓄电池与超级电容混合储能系统协调控制策略

针对混合储能系统功率分配、母线电压补偿以及超级电容荷电状态(SOC)恢复问题,提出了一种混合储能系统协调控制策略,采用下垂控制和虚拟电压源,实现混合储能功率分配、超级电容荷电状态恢复以及母线电压补偿,并且消除了超级电容SOC恢复对混合储能瞬时功率分配产生的影响.最后,利用MATLAB/Simulink进行混合储能系统的...     

蓄电池-超级电容混合储能系统放电控制策略

提出了一种针对直流照明负载的超级电容-蓄电池混合储能系统放电控制策略。该方案利用简单的电力电子控制电路,合理控制超级电容与蓄电池放电顺序,利用超级电容功率密度高、瞬时放电电流大的优势应对突加负载带来的冲击性电流,减小对蓄电池的冲击,利用仿真软件对该放电控制策略进行了全过程仿真。仿真结果表明:该控制方法可以有效减少放电初期冲击电流对蓄电池的影响,延长蓄电池使用寿命。     

蓄电池-超级电容混合储能系统控制方法研究

电池-超级电容半主动混合储能系统广泛应用于短时大脉动功率的场合。通过对电力电子设备的控制,可以对瞬时功率进行合理地分配,最终达到延长电池和超级电容使用寿命及提高系统输出性能的目标。低通滤波和移动平均是两种重要的功率分配方法,而更适用于脉动负载的方法至今还没有文献给出。选用电池直接并联流母线,超级电容通过双向直流-直流变换器接直流母线的半主动混合储能系统,分析和建立了基于移动平均和低通滤波控制的两种SAHS模型。在脉动负载下,比较了低通滤波和移动平均这两种控制算法。此外,还设计了超级电容的过压和欠压保护控制。研究表明,两种控制方法在脉动负载下都能很好地减小电池的电流波动,但是移动平均控制下的电池电流更平滑。同时,超级电容的保护控制也保证超级电容工作在正常的电压范围内。     

含超级电容混合储能系统直流微电网功率分配策略

针对直流微电网中微电源功率输出不稳定以及负荷波动导致直流母线电压偏移问题,提出一种含超级电容和蓄电池的混合储能系统充放电控制策略。该控制策略将储能系统分为5种工作模式,控制系统根据直流母线电压值选择混合储能系统的工作模式,实现蓄电池与超级电容在充电、放电及空闲模式间自由切换,从而维持直流母线电压稳定。通过Matlab/Simulink软件搭建系统模型,仿真结果表明,采用该控制策略可使直流母线电压保持在电压偏移允许范围内。     

超级电容-蓄电池混合储能拓扑结构和控制策略研究

以超级电容和蓄电池为例,分析了功率型和能量型混合储能不同拓扑结构的优缺点,总结出混合储能拓扑结构选取的一般原则。基于二级低通滤波,提出根据频谱图确定滤波时间常数的混合储能控制方法,并考虑电池充放电功率限制,对滤波输出功率进行修正。用Matlab对算法平滑实际光伏出力进行了仿真验证,结果证明该算法能够满足光伏并网联络线功率要求,并使电池充放电功率不越限。     

独立光伏系统的超级电容和蓄电池混合储能系统研究

对于独立光伏发电系统,通常需要储能系统来保证供电的稳定性和持续性。为了吸收光伏电池发出的脉动功率,从而抑制直流母线的电压波动,并满足向负载提供短时大功率的需求。提出了采用超级电容器和蓄电池混合储能方案,并进行了充放电仿真分析,验证了超级电容的蓄电池充放电特点,提出了充放电控制策略。     

蓄电池-超级电容混合储能系统惯性控制策略

为抑制直流微电网母线电压波动,保障直流微电网稳定安全运行,提出一种混合储能系统惯性控制策略, 实现控制混合储能系统产生虚拟惯性来更好地维持直流母线电压稳定.该控制策略采用下垂控制和虚拟直流发电机控 制共同构成混合储能惯性控制策略,使得 DC/DC变换器不仅保有下垂特性还具有惯性特性.在 MATLAB/Simulink 平台上进行仿真试验,仿真试验结果表明通过下垂＋虚拟直流发电机的惯性控制方法,实现了直流微电网中各模块按 下垂系数进行功率分配的同时,混合储能系统能更好地响应直流母线上的功率波动,大幅度减小母线电压波动,并平 滑蓄电池的功率输出,延长蓄电池的使用寿命。     

基于超级电容器的混合储能在直流微电网中的应用

针对直流微电网中对母线电压稳定性的要求及蓄电池的性能缺陷,采用超级电容器与蓄电池有机结合的混合储能系统;分析了混合储能系统的结构,改善储能系统的性能,提高其响应速度及抗冲击能力;设计了混合储能系统的输出特性,使其在孤岛状态能有效的控制母线电压,最后在matlab/simulink中搭建了系统的仿真模型,对微电网并网转孤岛运行进行分析,仿真结果表明了混合储能系统的有效性。     

A Multi-Level Power Converter Interface for a Battery Energy Storage System

Abstract—

This study proposes a multi-level power converter for a battery energy storage system (BESS) with bidirectional power flow. The multi-level power converter includes a DC-DC power converter, a selection switch set and a full-bridge inverter. The DC-DC power converter performs bidirectional power conversion and provides a DC voltage that is greater than the peak voltage of the utility. Integrating the selection switch set and the full-bridge inverter produces a five-level AC voltage that controls the real power flow and the reactive power flow between the battery set, the DC-DC power converter and the grid. Because partial power is directly processed using only the selection switch set and the full-bridge inverter, the DC-DC power converter is operated only when the grid voltage is greater than the voltage of the battery set. Therefore, the power conversion efficiency for the proposed BESS is improved. The proposed BESS uses only eight power electronic switches, so the power circuit is simplified. A hardware prototype with a digital signal processor controller is used to verify the performance of the proposed BESS. The experimental results are as expected.     

应用于矿井提升机系统的超级电容储能型MMC

提出一种应用于矿井提升电气传动系统的超级电容储能型模块化多电平变换器MMC-SCES(super capacitor energy storage based modular multilevel converter),采用分布式超级电容组作为子模块的直流支撑电容,用于吸收提升机的再生制动能量,并在牵引工况合理释放,以提高能量的利用效率。首先分析了MMC-SCES的拓扑和工作原理;在此基础上研究了系统的关键控制策略;并通过仿真算例对所提MMC-SCES拓扑进行了验证。结果表明,MMC-SCES能够适应提升机的变频调速工况,提高了系统能量复用率,在中高压矿井提升电气传动领域中具有良好的工程应用前景。     

基于超级电容储能的SiC器件变流器性能分析

超级电容储能系统的促进功率响应能力优势是改善分布式发电电源的电能输出效率的有效方式,为此利用SiC器件设计SiC MOSFET典型等效开关模型,并将其应用到超级电容储能系统中,进一步提升系统单位能量的传输能力。基于超级电容器工作原理,建立超级电容储能系统数学模型,有效分析基于超级电容储能的SiC器件变流器性能。经仿真验证,超级电容器可准确响应功率由负到正的变化;随着传输功率的逐渐增大,基于超级电容储能的SiC器件变流器传输效率也呈现上升趋势,在功率接近储能系统变流器额定功率时,变流器效率逐步稳定,运行效率在98%左右;响应速度较快,输出电压波动以及输出功率的波动幅度较小,具备较强的输出抗干扰性;达到电压稳定输出的时间较短,且超调量较低。     

超级电容储能装置在电梯中的研究与实现

研究了超级电容储能装置在回收利用电梯制动能量方面的应用.电梯在运行过程中的母线电压波动较大,因而会对电网造成较大冲击,尤其是在能量回馈时,对用户配电系统造成较大扰动,危害了电力系统的安全运行.此处提出采用基于双向直流变换器的超级电容储能装置解决上述问题,并对其工作原理进行了分析,最后通过实验验证了方案的可行性.     

超级电容器储能系统的应用研究综述

超级电容器储能对于平滑、缓冲不稳定电能需求,改善电能质量具有重要意义。这里从基本特性、模型研究、功率变换、控制策略及容量确定、系统综合优化与评估几个方面综述了超级电容器应用领域的研究现状,总结了各类超级电容模型、功率电路拓扑、非线性控制策略的特点。指出应通过系统的优化评估实现超级电容器储能系统整体性能的改善、储能利用率的提高以及构建成本的下降。     

光储直流微网混合储能控制策略研究

混合储能相较于单一储能可以更好地解决微电网电压、频率波动等问题。为了充分利用混合储能系统的优势,使各储能电池优势互补,并考虑到储能变换器弱阻尼、低惯性的特点,提出了基于虚拟直流发电机控制的混合储能单元分频控制策略。该控制策略在混合储能单元分频控制的基础上,对功率密度电池储能变换器采用虚拟直流发电机控制,以增大功率密度型储能的阻尼和惯性,提升直流母线电压的动态稳定性。为验证其有效性,在微源变化和负荷波动2种工况下与传统下垂控制进行仿真对比分析,结果表明所提策略可使母线电压的波动范围限制在±0.75%以内,增强了系统的鲁棒性和稳定性并优化了储能单元的充放电性能。     

基于多智能体的电池储能系统SOC均衡控制策略

针对应用二级频率控制器来解决分布式电池储能系统中SOC(荷电状态)的一致性问题,提出一种基于多智能体与下垂控制相结合的SOC均衡控制方法。该方法在不需要中心控制器的情况下,实现多电池储能系统的SOC一致性,不仅能够实现不同容量电池SOC的均衡控制,还能提高交流母线频率的稳态偏差。考虑电池长期使用带来的容量衰减,设计了相应的自适应容量估计算法用于消除扰动。在包含3个电池储能系统和恒功率负载的孤岛交流微电网仿真平台上进行实验,验证了所提方法的有效性。     

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。     

超级电容储能的并联电能质量调节器

提出了一种应用超级电容作为储能元件、综合改善电能质量的并联型电能质量调节装置。装置在系统正常运行条件下可以滤除负荷产生的谐波、补偿无功功率，而且利用超级电容极高的功率密度，补偿负荷的快速波动功率，使电源侧只需向负荷提供单位功率因数、预先设定的恒定有功功率。当系统发生短时供电中断时，装置的电源侧配置的固态高速开关动作，使其和负荷脱离系统，装置发挥UPS的作用，向负荷短时提供全部功率。仿真研究表明，并联电能质量调节器在有效改善负荷品质，提高电能质量的同时，增强了负荷的供电可靠性。