基于VSG的光伏发电与混合储能的控制方法

针对光伏发电的随机性和无法给系统提供惯性支持的问题,研究了基于虚拟同步发电机（virtual synchronous generator,VSG）的光伏混合储能的控制策略。为了抑制功率的波动和有较好的系统响应能力,首先通过基于VSG控制来实现光伏储能侧逆变器的并网,从而能自主地调节系统的频率和电压。其次为了能延长储能电池的寿命和解决容量需求的问题,采用了改进的二级低通滤波法来实现混合储能的功率分配。同时为了保持系统直流母线电压的稳定性,通过使用自适应模糊PI控制来实现电压外环和电流内环的双闭环控制。最后通过仿真实验来检验所提控制策略的有效性和准确性。     

考虑SOC的混合储能功率分配与自适应虚拟惯性控制

电力电子化的直流配电网存在低惯性问题,不利于系统稳定运行。混合储能设备可向电网提供虚拟惯性,但不同类型的储能之间存在功率协调问题,并且储能的荷电状态(state of charge, SOC)对虚拟惯性的调节也有约束作用。针对上述问题,提出了一种自适应时间常数的分频控制策略,时间常数根据混合储能系统(hybrid energy storage system, HESS)的SOC而动态调整以改变功率分配。首先,通过分析储能SOC与虚拟惯性的关系,并考虑储能充放电极限问题,研究兼顾SOC、电压变化率以及电压幅值的自适应虚拟惯性控制策略,提高系统惯性。然后,建立控制系统的小信号模型,分析虚拟惯性系数对系统的影响。最后,基于Matlab/Simulink搭建直流配电网仿真模型,验证了所提控制策略能合理分配HESS功率,提高超级电容器利用率,改善直流电压与功率稳定性。     

光伏发电系统混合储能功率分配控制策略

针对光伏并网发电系统中的功率波动,可通过蓄电池与超级电容组成的混合储能装置进行补充,但混合储 能装置存在储能单元容量有限引起的过充过放等安全问题,为此提出了一种考虑蓄电池和超级电容双SOC混合储能 功率分配协调控制策略.该策略首先利用二阶低通滤波器对不平衡功率进行初次分配,再将超级电容和蓄电池的SOC 划分为９个工作区域,根据不同工作区域进行二次功率分配.仿真结果表明该策略能有效解决储能单元过充过放等 问题.     

基于虚拟同步发电机的光伏发电系统惯性控制与仿真

研究了虚拟同步发电机 (VSG)技术在光伏发电惯性控制中的运用.首先论述了光伏发电系统的数学模型、最大功率控制方法和基于状态储能系统的充放电控制;其次基于虚拟同步发电机的理论模型,对其控制方法进行研究,并对虚拟同步发电机的惯性响应情况进行仿真分析;最后系统仿真表明,通过惯性控制,可以抑制频率的变化,增强系统的稳定性。     

独立电力系统中基于模式切换的虚拟同步发电机控制方法

同步发电机组-虚拟同步发电机并联供电系统中,两种异构电源的物理结构和控制结构迥异,在负载突变时两种电源的暂态功率难以均分,尤其是在突加负载时,虚拟同步发电机因调节快在暂态过程中会承担过多负荷,甚至短时过载,这使得虚拟同步发电机容量不能充分利用。针对该问题,首先分别从调频、调压和输出阻抗特性差异上,阐明了两者暂态功率分配不均的机理。其次,在传统虚拟同步发电机控制中增加虚拟调速、虚拟励磁、动态虚拟阻抗等环节,以模拟同步发电机组的调速特性和电磁暂态特性,实现与同步发电机组并联运行时的暂态和稳态功率均分。再次,为保证虚拟同步发电机独立运行时的快速动态响应特性,在独立运行模式下仍保持传统虚拟同步发电机控制算法,设计了基于状态跟踪的模式切换环节,实现两种模式之间的平滑切换。最后,基于PSCAD/EMTDC的时域仿真结果和基于RT-LAB的控制器硬件在环试验结果表明,提出的控制方法能够实现虚拟同步发电机与同步发电机组并联运行时的暂态和稳态功率均分,且能够保持虚拟同步发电机独立运行时的快速调压和调频能力,独立、并联运行模式之间能够实现平滑切换,方法可应用于工程实际。     

独立光伏-混合储能系统功率分配策略

为解决农村独立光伏系统中光伏出力与负荷功率之间的不平衡问题,可采用包含锂电池和超级电容的混合储能系统对其进行补偿。提出一种基于超级电容荷电状态(state of charge,SOC_sc)的非线性协调功率分配策略,通过优化设计P_bat.ref-SOC_sc关系曲线,实现电池功率在不同SOC_sc范围内的平滑切换,达到降低电池寿命损耗、优化系统经济性的目的。在MATLAB/Simulink中进行了仿真分析,结果显示应用所提出的策略,一日充放周期内电池平均SOC为49.934 5%,寿命损耗值为9.236 5×10^-5,相比于传统方法,该策略能够进一步延长独立光伏-混合储能系统的使用年限。     

基于混合储能的孤岛微网VSG控制策略

针对虚拟同步发电机(VSG)控制策略中改变惯性系数会引起系统不稳定的问题,提出基于混合储能无需改变惯性系数的控制策略.首先,在常规VSG控制策略基础上,将负荷或可再生能源波动量经一阶高通滤波器滤波后作为常规VSG额定功率的附加量.其次,利用VSG直流端接入的蓄电池提供下垂功率,超级电容器提供虚拟惯性功率和额外引入的惯性...     

考虑储能单元健康状态与荷电状态一致性的BESS功率分配策略

针对由多个储能单元组成的大型电池储能系统(BESS)不规则充放电导致的储能单元健康状态（SOH）和荷电状态（SOC）不一致性问题,研究储能单元内SOH差异与SOC一致性的关系。结合充放电优先级排序和自适应变异粒子群优化(AMPSO)算法,提出考虑储能单元SOH和SOC一致性的BESS功率分配策略。基于包含BESS、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,对所提功率分配控制策略与传统功率分配控制策略进行了对比仿真分析。仿真结果表明,所提控制策略可有效提高储能单元SOC的一致性,延长储能单元使用寿命,降低储能单元运行损耗,增强BESS双向调节能力。     

基于混合储能互补的自适应光伏功率平抑策略

分布式光伏未来将在配电网中实现大规模接入,但由于受环境影响,其输出功率波动较大,在光伏并网时会给配电网带来诸多不利。为此,提出了一种基于混合储能的自适应光伏功率平抑策略,通过协调蓄电池和超级电容的功率分配,充分发挥了超级电容响应速度快的特点。同时,平抑策略中的荷电状态(state of charge,SOC)反馈功能兼顾了储能的SOC变化情况,使其具有较强的自适应能力,实现了储能的最优化利用。最后,通过分析验证了所提策略的可行性和有效性。     

基于改进下垂控制的贯通同相系统负荷分配方法

贯通同相供电系统中,相邻牵引变电站同时给机车负载供电。各牵引变电站与机车间线路阻抗及分配的负荷功率随机车位置变化,传统下垂控制无法实现功率的有效分配。提出了一种基于自适应虚拟阻抗的改进下垂控制策略。针对功率变化问题,通过自适应虚拟阻抗环节,补偿线路的变化量,满足传统下垂控制的使用条件。对传统下垂控制加以改进,在改进后的下垂控制中加入补偿项,提高功率分配精度。此外,提出基于改进下垂控制分析负荷分配方法,通过改变虚拟阻抗与下垂控制系数实现负荷在相邻牵引变电站间任意分配。最后,利用基于时变相量的小信号模型选取下垂参数。仿真结果验证了理论分析的正确性。     

基于虚拟轴耦合的虚拟同步发电机混合储能惯量-阻尼协调控制策略

将虚拟同步运行的混合储能装置与同步发电机通过虚拟轴耦合,可实现暂态能量的高效传递,提高可再生能源发电系统的暂态稳定性。建立了混合储能装置静态能量与同步发电机动能之间的转换关系。对混合储能装置中的虚拟惯量进行分析,以获得同步运行能力。为了从同步发电机中传递更多的暂态能量,在混合储能装置中引入新的虚拟轴,并分析混合储能装置与虚拟轴耦合对系统暂态稳定性的影响。利用哈密顿能量函数,推导混合储能装置暂态能量高效传递的必要条件,进而提出了混合储能装置虚拟轴的控制策略,以协调虚拟惯量和功率振荡抑制功能。算例仿真结果表明,所提控制策略能明显改善系统频率和功角的暂态稳定性。     

基于混合静止能量的虚拟转动惯量控制技术

首先在频率动态变化过程中,建立蓄电池的电池储能、超级电容器的电容储能与同步发电机的机械动能间的能量转换关系,阐述源于2种静止能量的混合储能系统的虚拟转动惯量的定义。其次,根据蓄电池和超级电容器的充放电特性,利用2种储能单元间的功率协同调节,提出含电池储能与电容储能的虚拟转动惯量的控制策略。该控制策略通过监测系统频率波动,根据2类储能元件的功率调节特性及荷电状态,协同调用2种静止能量,以模拟同步发电机组的惯性响应。最后,通过搭建含混合储能的光伏微电网仿真系统,验证了所提控制策略能够充分利用混合储能设备中存储的静止能量快速虚拟出惯性响应,显著改善系统频率的稳定性。     

考虑功率最大输出与储能协调的光储VSG控制策略

在传统虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)控制的光储系统中,电池通过频繁充放电处理波动的光伏功率,易出现早衰问题。为优化电池运行,提出一种考虑功率最大输出与储能协调的光储VSG控制策略。首先,建立输出频率与直流侧电容电压偏差的比例关系,实现光伏功率的最大输出与VSG的惯性支撑。其次,利用下垂特性控制电池功率输出,在实现系统一次调频功能的基础上提升电池能量管理的灵活度。然后,设计一种稳定直流侧电压的分段控制方案,确保系统正常工作时直流侧电压在合理范围之内。最后,通过仿真实验验证所提方法不仅保留了VSG的惯性支撑和一次调频功能,还实现了光伏功率的最大输出,减少了对电池的依赖。     

基于虚拟同步电机技术的混合储能平抑微网频率波动策略研究

由锂电池和超级电容器组成的混合储能系统(HESS)具有响应快速、短时吞吐功率能力强的优点,可以很好地作为电网的分布式储能设备补偿电网频率波动。提出在储能单元体系优化匹配下,基于荷电状态(SOC)反馈的自学习平滑储能控制策略,自主归纳更新混合储能的控制规则,利用虚拟同步电机(VSG)技术来解决可再生能源功率波动引起的电网频率偏移问题。最后,在Matlab/Simulink中建立了光储微网模型。通过仿真验证了配置混合储能单元的VSG能有效模拟出同步电机的转动惯量与一次调频特性,提高了并网系统的稳定性。     

一种基于混合储能的独立光伏发电系统

针对目前采用铅酸蓄电池储能的光伏发电系统最大功率跟踪(MPPT)与优化蓄电池充放电过程往往不能兼顾的问题,设计了一种基于超级电容与铅酸蓄电池混合储能的独立光伏发电系统。介绍了该系统的结构,分析了能量管理方案,结合恒压法与变步长电导增量法改进了MPPT算法,实验结果证明了该系统的可行性。     

基于储能系统的光伏功率预测误差补偿控制

受天气等因素影响,光伏组件的输出功率为非平稳信号,波动性大,直接并网对电网冲击大。为保障光伏并网安全可靠运行,通过控制储能系统合理充放电平抑光伏功率。对光伏电站光伏组件输出功率进行小波包分析确定平抑目标功率,再结合化学电池和超级电容的频率响应范围,采用模型预测控制(MPC)算法控制全钒液流电池和超级电容组成的混合储能系统充放电,并在Matlab上进行仿真。仿真结果表明,此种分析方法及控制策略平抑效果较好。基于此种补偿控制方法确定电池容量,并把"M-界定"量化指标运用到描述电池能量波动,从而确定电池的最大充放电功率等参数。     

基于模糊-下垂控制的光伏直流微电网混合储能功率分配及母线稳压研究

针对离网型光伏直流微电网中光伏输出功率与负载消耗功率不匹配引起的母线电压波动问题,通常采用蓄电池和超级电容相结合的混合储能装置进行补偿,一般通过下垂控制对储能装置进行功率分配,传统下垂控制很难实现下垂系数按照不同频率特性的功率波动进行有效调节,其分配特性还会受线路阻抗等其它因素的影响。文章在传统下垂控制的基础上提出了模糊-下垂控制策略,实时优化下垂系数,平抑系统内部因素所引起的负面影响,实现直流微电网中不平衡功率在蓄电池和超级电容间的合理分配。通过MATLAB/Simulink仿真证明,所提出的模糊-下垂控制策略能够有效实现直流微电网中的功率调节,抑制母线电压的波动,提高了系统的鲁棒性。     

基于RBF的VSG虚拟惯量和动态阻尼补偿自适应控制

虚拟同步机(virtual synchronous generator,VSG)技术可以使并网逆变器具有与同步发电机类似的外特性。VSG系统暂态稳定性的主要影响因素是虚拟惯量和阻尼系数,但现有的控制策略在参数调节过程中存在灵活性不足的缺点,不能有效解决系统暂态稳定性和暂态恢复时间的问题。针对这一问题,提出动态调节阻尼补偿量的概念。将阻尼系数和阻尼补偿量共同作为系统的等效阻尼系数,设计了基于径向基函数(radial basis function, RBF)的VSG虚拟惯量和动态阻尼补偿自适应控制策略,实现了参数之间的解耦,使系统的阻尼随着系统频率的变化进行动态调整。通过建立VSG数学模型,确定了参数的具体取值范围。最后,在仿真平台上搭建VSG系统,分别在出力波动和低压穿越两种工况下验证了所提控制策略相较于传统RBF控制策略的优越性。