新型储能式UPS系统及其控制方法

提出一种适用于数据中心的新型储能式不间断电源(ESUPS)系统架构,不仅具备为关键负载提供稳定的电力保障功能,还可通过储能电池积极参与电网调频等辅助服务,实现了对UPS电池的综合利用,有助于降低数据中心能耗与运营成本.在新型ESUPS系统架构基础上,进一步给出了一种具备自主同步及电压频率支撑的电压源逆变器控制策略,可实...     

基于复用桥臂的储能型模块化多电平换流器

基于模块化多电平换流器的高压直流(MMC-HVDC)输电技术已成为大规模、远距离风电场并网的理想解决方案。在风电渗透率较高时,风电场经MMC-HVDC并网系统呈现低惯量特性,增加储能系统并辅以适当的控制策略是提高系统惯量的方法。文中提出了一种基于复用桥臂的储能型模块化多电平换流器类全桥子模块拓扑,研究了该拓扑的调制和控制策略,并通过类全桥子模块和半桥子模块的混合,降低系统的成本和损耗。与单级式半桥子模块拓扑相比,所提拓扑对电池电压的要求显著降低,可以平滑电池电流;与两级式半桥子模块相比,所提拓扑具有直流故障阻断能力。最后,仿真和实验结果验证了所提拓扑和调制及控制策略的有效性。     

光储系统电网侧故障下VSC变流器的跟网-构网型控制方法

在高渗透率的新能源并网系统中,由于光伏发电系统以及负荷的随机波动性,传统的跟网型控制在电网电压下降时往往难以提供足够的动态无功支撑,从而对系统的安全性和稳定性产生严重影响。为此,针对光储系统短路故障下电压源型变流器(voltage source converter, VSC)跟网、构网及故障期间的电压支撑控制方法进行研究。首先,建立VSC跟网、构网型控制策略的数学模型,分析基于跟网、构网型控制策略的并网控制方法;其次,研究采用2种不同控制策略对公共连接点(point-of-common coupling, PCC)电压的影响,提出基于跟网-构网型控制策略的系统控制方案,分析不同控制策略对PCC电压支撑作用的差异;再次,搭建计及光储接入的系统电磁暂态仿真模型,评估光伏逆变器和储能变流器采用3种不同控制方案对系统动态特性的影响;最后,对3种不同控制方案下,系统发生故障后PCC电压支撑程度进行分析,验证了所提出的基于储能变流器构网型及光伏逆变器跟网型一体化控制方法在故障期间具有更好的电压支撑能力。     

构网型储能系统现场调试平台电网扰动控制策略研究

为了开展用于新型电力系统的储能电站构网型性能调试，文中开发了适用于构网型储能系统的移动式调试平台。论文提出了适用于高电压等级构网型储能系统调试的35 kV四象限功率单元拓扑结构，在基于跟网型储能调试系统控制策略的基础上，提出了适用于构网型储能系统调试平台的复合控制策略，满足了新型电力系统构网调试的快速响应需求；结合现场调试，对复合控制策略的控制特性进行了分析，验证了构网型储能系统调试平台系统和所提复合控制策略的有效性；在百兆瓦级储能电站，现场测试了所设计的移动调试平台构网型功能，首次在电站调试中实现了惯量调节、一次调频等运行工况，试验结果表明，文中所提出的调试平台保持惯量支撑调试过程中的电压稳定，降低了一次调频过程中调试电源的电流波动，通过移动式调试平台实现了快速输出幅值、频率和相位的能力。     

辅助风电并网的构网型储能控制策略研究

随着能源转型的深入,风光等可再生能源大规模替代传统能源发电并网,电力系统结构发生很大的变化,导致电网惯性变低、稳定性变弱。另外,风力发电功率的波动性将导致电力系统调度困难。因此,在风电并网系统中增加构网型储能系统,并给出构网型储能系统的控制策略,进而围绕风电并网的稳定性以及电压跌落故障,对构网型储能系统增加前后风电并网波形进行对比分析,验证了构网型储能系统可以大大提高风电并网的稳定性,并且对电压跌落故障有很好的抑制作用。     

考虑 VSG 构网储能暂态与稳态优化的自适应策略北大核心CSCD

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)型构网储能因其良好的阻尼与惯量支撑特性已被广泛关注,但VSG型构网储能难以抑制有功暂态存在的超调、振荡的同时削减有功稳态偏差,灵活性差。首先建立VSG型构网储能系统有功环的闭环小信号模型,由系统的特征方程、波特图以及根轨迹分析有功指令与电网频率扰动下的系统暂态与稳态特性。接着指出固定参数VSG型构网储能无法兼顾暂态存在的超调、振荡与稳态有功偏差。因此提出一种自适应VSG型构网储能控制策略,所提控制策略确保自适应参数平滑变化,抑制系统超调、振荡的同时,可削减稳态偏差。最后通过MATLAB/Simulink验证了所提控制策略的有效性。     

构网型中压直流直挂储能研究

提出一种构网型直流直挂储能技术,实现储能单元直接接入中压直流母线,同时采用构网型控制策略,可向电网提供转动惯量,对电网进行有功与频率支撑。对构网型中压直流直挂储能的各主要设备的控制策略展开了分析,并提出了一种中压直流储能系统的控制架构设计。最后,仿真与现场试验结果验证了所提系统及策略的正确性和有效性。     

带有源缓冲的单级单相电流型逆变器

为了实现单级升压逆变,提出了一种带有源缓冲的单级单相电流型PWM逆变器,及其状态量限定下的输出电压反馈复合单周期控制策略,并对构成这种逆变器的电路拓扑、控制策略、关键电路参数设计、系统建模和仿真等进行了深入分析和研究,获得了重要结论。该逆变器电路拓扑主要由储能电感、有源缓冲电路、电流型单相逆变桥构成,存在三种工作模式和四种电路模态,通过三种工作模式的灵活切换达到限定储能电感电流和缓冲电容电压等状态量的目的,通过前馈储能电感电流和反馈输出电压的复合单周期控制实现输出正弦电压的稳定。1 kVA 100 V DC/220 V 50 Hz AC逆变器的原理实验结果表明,所提出逆变器能实现单级升压逆变,具有输出电压波形质量高、负载适应能力强和动态性能好的优点。     

120kW电池储能系统双向DC/DC变换器的研究

在电池储能系统(BESS)单级PCS基础上引入双向DC/DC变换器(BDC),实现多路电池组的并联运行。根据大功率场合及储能电池充放电特点,对120 kW电池储能系统中的BDC进行了设计。阶段式充放电模式及双闭环控制策略为储能电池组提供了安全、灵活、可靠的充放电解决方案。仿真结果表明:所提出的控制策略具有较高的控制精度,系统具有理想的直流纹波系数。     

面向工业园区电压暂降治理的构网型储能逆变器控制策略研究

电压暂降会显著影响工业园区重要敏感负荷的经济运行，是现代制造业面临的主要电能质量问题。将构网型储能逆变器应用于含储能电池的工业园区中，根据工业园区并网点电压暂降深度的差异，提出了一套基于构网型储能逆变器的电压暂降分级治理策略。当电压暂降深度较低时，利用构网型储能逆变器的电压支撑能力降低或者消除电压暂降的影响；当电压暂降深度较高时，依靠构网型储能逆变器的孤岛运行能力维持负荷的正常运行，从而实现了对工业园区电压暂降的治理。最后搭建仿真模型进行验证，结果表明，构网型储能逆变器控制方案在相同工况下可以有效降低电压暂降深度，实现电压跌落的补偿。     

基于级联多电平换流器的两级式储能系统控制策略

储能技术是构建以新能源为主体的新型电力系统的关键技术和维持微网可靠稳定运行的重要保证。国内外现有理论研究及示范工程主要集中于单级式链式储能系统,功率模块与电池系统之间无源连接,结构简单但控制自由度不高。同时,针对基于链式储能的电池荷电状态(state of charge,SOC)不均衡问题,现有的相内SOC均衡控制策略存在不同负载率适应性不足、极度不均衡时可能过调制等缺点,为此,文中基于两级式链式储能系统,研究其总体控制策略,对相间、相内SOC均衡策略进行分析,并提出一种自适应的相内SOC均衡策略,详细说明均衡控制参数的设计原则。该策略能有效地改善链式储能系统在轻载、重载等不同工况下的适应性和均衡效果。最终通过仿真验证了所提控制策略的可行性和有效性,从而为工程实施提供理论储备和技术支撑。     

基于Z源变换器的电动汽车超级电容-电池混合储能系统

Z源变换器具有单级升压、降压、无死区、电压畸变小、可靠性高等优点,在电动汽车领域具有广阔的前景。提出一种基于Z源变换器的电动汽车超级电容-电池混合储能系统。该结构将储能与驱动系统相融合,减少了电池功率变换器,降低了损耗与成本。详细分析通过Z源变换器实现混合储能系统不同模式下功率分配的运行机理。此基础上提出功率分频协调控制策略以提高混合储能系统的响应速度并实现各模式的无缝切换。最后,为了避免短时尺度冲击电流对电池的影响,设计电池瞬态峰值电流估计方法。仿真与实验结果验证了所提出的混合储能系统及控制策略的有效性。     

构网型光伏自同步电压源控制策略研究

为提升光伏发电并网适应性以及在极弱电网工况下的频率电压支撑能力,提出并研究了一种构网型光伏自同步电压源控制策略,阐述了其基本工作原理,给出了其关键控制方程、工作模式及切换逻辑。所提构网型光伏自同步电压源逆变器不仅可向电网提供必要的频率及电压支撑,并可在电网发生故障时,具备独立向关键负载供电的构网能力。最后通过搭建的500 kW构网型光伏自同步电压源硬件在环实验平台充分验证了所提控制策略的有效性和正确性。     

级联双极型大容量电池储能系统及其控制策略

针对多储能单元级联的高电压、大容量应用场合,提出一种级联双级型电池储能系统。该系统由AC/DC与DC/DC两级变换器构成,且均采用模块化多电平级联结构,具有结构紧凑、可靠性高、能量控制简单等优点。建立该系统的数学模型并分析其工作原理及约束条件,设计了多电池组荷电状态(SOC)均衡策略,有效解决了电池过充或过放的问题;针对储能系统在不对称运行条件下直流电流波动过大的问题,提出一种直流波动抑制的前馈控制策略。最后,基于RTDS对该系统及控制策略进行数字-物理闭环仿真,验证了系统结构和控制策略的有效性。     

组合级联式大容量储能系统两级SOC自均衡策略研究

大容量链式电池储能系统是解决光伏发电等可再生能源发电大规模并网问题的有效手段之一。针对所提出的星形组合级联式大容量电池储能系统中存在的电池SOC不均衡问题,通过注入零序电压实现三相相间SOC均衡控制,并通过在各级联单元叠加以SOC为反馈量的调制波分量实现各相内不同级联单元之间的SOC均衡控制。在PSCAD/EMTDC仿真环境中搭建了系统模型,仿真结果表明所提出的两级SOC均衡控制策略能够有效地实现电池SOC自均衡,验证了该控制策略的正确性和可行性。     

链式储能变流器在电网不平衡时的控制研究

链式电池储能变流器接入不平衡电网时,为了控制网侧各相电流对称,变流器各相储能电池簇与电网交换的有功功率不相等,这会造成储能系统各相储能电池簇荷电状态不均衡.研究了链式储能变流器在电网电压不平衡时的控制策略和采用零序电压注入的各相电池簇荷电状态均衡控制方法.通过仿真验证了控制策略的有效性.     

基于新能源发电的构网型协调储能控制策略研究

中国正加速构建以新能源为主体的新型电力系统,其在缺少同步机后,没有了阻尼和惯性支撑,会导致系统稳定性下降,因此构网型控制技术（GFM）应运而生。在此基础上基于新能源发电的构网型控制需要某种形式的能量存储与发电装置耦合。此时储能系统（ESS）可在变流器的直流侧或交流侧耦合接入。文中提出了一种基于新能源发电的构网型协调储能控制策略,该策略允许安装在变流器交流侧的ESS具有与安装在变流器直流侧获得的相同的特性和动态行为。此外,所提出的控制还可以协调储能保证系统在新能源不能正常发电时,即电压跌落期间的安全稳定运行,并提供稳定的电压支撑和功率补偿。最后利用Simlink仿真验证了构网型控制面对故障时良好的动态响应能力。     

离网型风储荷系统建模与动态组网协调控制方法研究

离网型风电系统因其广阔的发展前景,受到了广泛关注。但是,距离高压母线较远的风机实际运行中会受到线路的影响。为提高系统稳定性,建立了电压源型与电流源型储能并联运行的混合储能系统,与双馈风机（DFIG wind turbine）、负荷进行动态组网,构成了离网型风储荷系统,并给出了系统的控制策略。在MATLAB/Simulink仿真环境中搭建了模型,通过对比电压源型储能与混合储能对系统稳定性的影响,以及测试系统响应风力发电系统出力与负荷波动的能力,验证了所提出的动态组网方法以及控制策略的有效性,实现了离网型风储荷系统稳定运行。     

用于电池储能系统并网的PCS控制策略研究

介绍了两级式能量转换系统(Power Conversion System,PCS)的主电路拓扑和数学模型,并对其控制策略进行了研究。为确保储能电池组的安全以及延长其使用寿命,采用先恒流充电至额定电压后再转恒压充电的二阶段模式。针对充放电分离控制复杂的控制架构,提出了基于电池侧和网侧变流器主从功率控制的统一控制策略。仿真及实验结果均与理论分析一致,变流器动静态性能良好,达到了控制要求。     

构网型储能与调相机的暂态过电压抑制能力对比研究

高压直流输电系统出现闭锁、换相失败等故障时,会引起送端换流站附近新能源电站的瞬时电压波动并易导致其脱网。首先,分析了构网型储能开环控制策略的运行原理、响应特性和关键参数影响。然后,分析了调相机的无功响应特性,并将构网型储能无功控制模型与调相机的励磁调节控制模型进行对比。最后,搭建了包含特高压直流、光伏、调相机、构网型储能的半实物仿真系统,进行了直流换相失败故障下的交流暂态过电压抑制效果对比试验。结果表明,容量相同的构网型储能和分布式调相机在无功瞬时响应速度、抑制交流暂态过电压能力方面可以实现相近的效果。