基于模块化多电平换流器的电池储能系统控制策略

针对基于模块化多电平换流器的电池储能系统,提出了电网电压对称运行和电网电压不对称运行情况的通用控制策略。其控制策略主要包括输出功率控制、电池荷电状态(SOC)均衡控制以及并网电流直流分量抑制。SOC均衡控制分为相间SOC均衡、桥臂间SOC均衡以及桥臂内SOC均衡。通过控制环流实现相间SOC均衡和桥臂间SOC均衡;通过调节各个子模块输出电压工频分量,实现桥臂内各子模块的SOC均衡。首先对基于模块化多电平换流器的电池储能系统的模型进行了详细分析;基于等效模型,提出了相应的控制策略。最后,通过仿真以及实验对所提出的控制策略进行了验证。     

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。     

风储联合发电系统电池荷电状态和功率偏差控制策略

提出了一种新型的基于风电功率预测偏差和电池荷电状态(SOC)反馈的储能系统控制策略,通过预测结果计算风电功率的变化偏差,得出完全补偿波动所需的储能系统充放电功率,引入补偿系数联合求解获得储能系统的充放电控制指令。同时,建立了补偿系数的动态优化模型,包括长时间尺度下基于输出功率波动和电池容量变化指标的基准补偿系数寻优模型,短时间尺度下基于电池SOC指标和充放电状态的补偿系数快速修正模型。算法采用的最优求解和SOC指标具有广泛的适应性,便于推广不同容量储能系统在风电功率平滑中的应用,可以兼顾储能电池的寿命和输出功率的平滑性。算例结合风电场的功率实测数据,进行储能系统配置仿真,验证了该控制策略能够最大程度发挥储能系统能力,在维持电池能量稳定前提下,平抑风电场输出功率的波动。     

储能型MMC电池荷电状态均衡策略

在储能型模块化多电平换流器(MMC)中,电池模块的差异性导致各电池模块荷电状态(SOC)不一致。为了提高电池容量利用率,需要对各电池模块的SOC均衡控制。介绍了储能型MMC的结构与原理,分析了分别基于交流功率与直流功率的三级SOC均衡方法,并对各级均衡方法进行了评估,得到了相间、上下桥臂间、桥臂内各模块间的电池SOC均衡策略,结合功率解耦控制与差分电流控制提出了系统整体控制策略。最后,搭建实验样机验证了所提均衡策略的可行性。     

孤岛微网中分布式储能SOC和效率均衡控制策略

在微网的运行中,不同储能电池的特性和初始状态不一致,会降低电池组间的功率分配精度。针对这一问题,提出了一种基于并联储能单元荷电状态(SOC)和充放电效率的储能均衡控制策略,以均衡电池差异和减少系统有功损失。所提方法采用分布式控制方式,将各分布式储能单元的SOC和充放电效率作为控制输入量,实时调整其输出功率,在满足系统功率需求的同时实现功率均分及并联储能单元间SOC和效率差异均衡。在此基础上,基于各储能单元SOC设计了均衡影响因子,采用两段法优化并联储能单元间SOC的均衡效果。通过MATLAB/Simulink仿真分析了所提控制策略在分布式负载变化、系统电源故障切除及有无均衡影响因子动态变化情况下的SOC均衡效果,仿真结果验证了所提方法的有效性和"即插即用"特性。     

负载不平衡交流侧离网MMC-BESS相间均衡控制

建立了交流侧离网的模块化多电平电池储能系统（MMC-BESS）的电压控制模型,分析了在三相负载不平衡导致的MMC-BESS三相荷电状态（SOC）不均衡的问题,提出一种MMC-BESS相间能量均衡控制方法。该方法实时检测负载侧的负序电流,计算三相不平衡功率,据此调整三相直流电流的分配,使三相电池输出功率平衡,避免因三相负载不平衡导致三相电池SOC偏差。仿真结果验证了三相负载不平衡的离网MMC-BESS能量均衡控制策略的正确性。     

基于SOC的锂电池组能量均衡控制策略研究

针对电池制造工艺和使用环境不同所引起的电池单体间荷电状态(SOC)不均衡问题,提出了一种锂电池组主动均衡控制策略。在以无迹卡尔曼滤波(UKF)算法准确估算锂电池SOC的前提下,以电感为储能元件,通过模糊-PI算法调制MOSFET的占空比(PWM)进而实现均衡电流的优化控制,使能量直接由电池组中的SOC最高的单体电池转移至SOC最低的单体电池。在预设的实际工况下,通过以上分析建立系统均衡控制实验平台。实验结果证明该系统均衡速度和效率都优于传统的PI控制系统。     

基于模型预测的双PWM的一体化协调控制

针对双PWM变频器整流侧与逆变侧独立控制,电机转矩突变或制动过程时,逆变侧变化信息无法及时反馈到整流侧中,只能使用大电容以解决两侧功率平衡所产生的较大电压波动的问题,在直接功率控制策略的基础上,通过对有功功率预测,提出一种基于模型预测的控制方法,该方法整流侧采用模型预测直接功率控制,逆变侧采用模型预测直接转矩控制。同时,将负载侧功率直接反馈给整流器的功率控制环,在两侧能量流动的过程中实时地对有功功率参考值进行给定。以异步电机为负载对该系统进行仿真分析,改进的一体化协调控制很好地抑制负载突变时直流电压波动,预测控制加快了两侧动态响应速度,进一步抑制电流谐波。     

基于MMMC插电式混合电动汽车变换系统及充电控制策略

提出一种基于模块化多电平矩阵变换器(MMMC)的插电式混合电动汽车(PHEV)综合变换系统,该系统同时兼顾电机驱动和电池管理,不需额外的充电电路。针对该系统,研究了外接电源充电控制策略。通过建立系统小信号模型和分析各部分功率关系,提出了以MMMC桥臂电流直接控制为核心的多层次电池荷电状态(SOC)均衡充电控制策略,包含相间、桥臂间以及本桥臂各子模块电池SOC均衡充电控制。搭建了RTLAB硬件在环仿真实验平台,实验结果验证了所提出的控制策略的有效性和可行性。     

无损卡尔曼滤波在估算动力电池SOC中的应用

电动车电池管理系统(BMS)能精确估算电池荷电状态(SOC),是电池安全和优化控制充放电能量的必要保证。针对整车环境下动力电池的非线性、强耦合特性,在多维动态补偿安时积分与电池模型融合的基础上,提出一种无损卡尔曼滤波(UKF)方法估算电池的SOC。应用Simulink仿真工具及Stateflow有限状态机工具建立一个简单可靠易移植的电池管理系统应用层控制策略模型。仿真结果验证了模型的可靠性,同时表明无损卡尔曼滤波能获得准确的SOC估算值。     

蓄电池充放电管理的全过程仿真研究

为了实现蓄电池不同充放电控制策略之间的切换,提出了一种基于蓄电池荷电状态(state of charge,SOC)实时监测的蓄电池充放电管理的控制方法。在考虑蓄电池的动态数学模型基础上,研究了蓄电池的SOC监测、充放电特性曲线、充放电控制电路、充放电管理策略和电池的分组管理等问题。以蓄电池的SOC作为蓄电池充、放电判断条件,实现了蓄电池进行自主充、放电管理的控制策略。利用PSCAD/EMTDC仿真软件,通过算例系统验证了蓄电池模型和充放电控制方法的正确性和有效性。研究表明,通过合理的蓄电池充、放电管理及切换,实现蓄电池充放电全过程,为蓄电池组无论作为独立电源还是在微网孤岛模式下与其他间歇性能源相配合使用均提供了一定的理论参考。     

多功能电动汽车模块化充放电系统控制研究

随着电动汽车动力电池需求日益扩大,其对电动汽车充电装置性能与功能的要求也随之提高,基于此,提出了一种多功能电动汽车模块化充放电系统。在此基础上,对由三相桥式AC/DC变换器和电磁隔离型双有源全桥DC/DC变换器构成的充放电模块的控制策略进行了研究。提出了可以提高充放电模块能量传输效率、功率密度等目标的两级变换器协调优化控制策略,分析得出了双移相控制下消除DC/DC变换器回流功率的条件,并通过仿真模拟动力电池的充放电过程验证了结论;在直流母线电压控制中引入充放电机负载的功率前馈补偿来提高动态和稳态性能,最后通过仿真模拟验证了控制策略的优越性。     

考虑通信时延的直流微电网分布式储能单元协调控制

针对计及通信时延的直流微电网分布式储能系统多储能单元之间的协调问题,提出了一种模型预测控制策略。首先搭建多储能单元状态空间模型,设计多储能单元的模型预测控制及其电流期望轨迹。然后分析计及通信时延的一致性规律,补偿时延引起的荷电状态偏差。进而通过求解以快速跟踪电流动态期望值及控制信号变化最小为目标函数的最优解,保证系统直流母线电压稳定,实现各储能单元间协调稳定运行以及基于荷电状态的动态一致均衡。最后利用Matlab/Simulink仿真平台,验证所提控制策略在计及通信时延的情况下储能充、放电过程以及源、荷波动下的有效性和稳定性。     

双有源桥直流储能系统软开关优化控制

传统直流储能系统中电容器荷电状态(state of charge, SOC)的变化会导致直流变换器两端电压不匹配,使得功率器件无法处在软开关状态,从而增加了开关损耗。通过分析软开关控制与电容器SOC之间的关系,本文提出一种双有源桥(dual active bridge, DAB)直流储能系统软开关优化控制,实现储能系统在充放电过程中,各功率器件始终处在软开关状态,维持直流母线电压稳定,降低功率损耗。该方法将储能电容SOC变化引入DAB移相控制,确定SOC与移相角的定量关系,使直流变换器功率器件满足软开关条件。根据直流母线电压及储能系统充放电特性,设计恒压、恒流充电和恒压、恒功率放电控制方法。仿真与实验结果验证了所设计软开关优化控制方法的有效性。     

混合储能系统的功率变换器电流预测控制方法

针对随机性强和波动性大的新能源发电系统,为了平滑其出力,提出了一种混合储能系统的功率变换器电流预测控制方法。该方法首先分析了锂电池和超级电容充放电速度的互补特性,以及它们的功率变换器各种开关状态。然后基于模型预测控制建立了锂电池、超级电容器和双功率变换器预测模型。在此基础上,应用模型预测控制设计了混合储能控制系统。在考虑锂电池电流跟踪误差、超级电容器电流跟踪误差、超级电容器损耗和双功率变换器开关管导通数量的情况下,构建了多目标评价函数,并进行了最优开关模式求解。通过实时优化控制系统,输出最优开关模式,既实现了锂电池大电流充放电和跟踪低频变化功率,也实现了超级电容器小电流充放电和跟踪高频变化功率。因此,该方法实现了混合储能系统能量合理分配,延长了锂电池使用寿命,减少了开关动作,提高了系统整体效率。最后,通过仿真验证了所提方法的正确性。     

Tracking-dispatch of a combined wind-storage system based on model predictive control and two-layer fuzzy control strategy.

To maximize improving the tracking wind power output plan and the service life of energy storage systems (ESS), a control strategy is proposed for ESS to track wind power planning output based on model prediction and two-layer fuzzy control. First, based on model predictive control, a model with deviations of grid-connected power from the planned output and the minimum deviation of the remaining capacity of the ESS from the ideal value is established as the target. Then, when the grid-connected power exceeds the allowable deviation band of tracking, the weight coefcients in the objective function are adjusted by introducing the frst layer of fuzzy control rules, combining the state of charge (SOC) of the ESS with the dynamic tracking demand of the planned value of wind power. When the grid-connected power is within the tracking allowable deviation band, the second layer of fuzzy control rules is used to correct the charging and discharging power of the ESS to improve its ability to track the future planned deviation while not crossing the limit. By repeatedly correcting the charging and discharging power of the ESS, its safe operation and the multitasking execution of the wind power plan output tracking target are ensured. Finally, taking actual data from a wind farm as an example, tests on a simulation platform of a combined wind-storage power generation system verify the feasibility and superiority of the proposed control strategy     

考虑铅炭电池组一致性的储能系统功率控制策略

针对储能系统不规则充放电导致的电池组一致性变差及单体电池过充/过放问题,研究铅炭电池组一致性变化规律,提出考虑电池组一致性的储能系统功率控制策略。采用包含储能电池组、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控制策略与传统控制策略进行对比仿真分析。仿真结果表明,所提控制策略可有效降低电池组荷电状态(SOC)变化范围,提升电池健康状态,提高电池组一致性,减少过放电池数量,增强储能系统双向调节能力。     

基于退役电池阈值设定和分级控制的弃风消纳模式

考虑到风电并网波动性和不确定性造成大量弃风的弊端,为了提高风电场的综合效益,提出基于退役电池阈值设定和分级控制的弃风消纳模式以降低储能成本。考虑到退役电池状态的不一致性会导致整体储能的效率低下,控制效果很难达到预期的情况,对退役电池充放电深度与循环寿命之间的关系进行分析,利用分段概率分布函数设定理想退役电池的充放电阈值范围;为了延长退役电池的使用寿命,利用分级控制策略实现其分级实时动态切换储能功能。对所提策略进行算例分析,结果表明分级控制策略相较于整体控制策略具有更好的经济性,促进了弃风消纳。     

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。