混合储能系统拓扑及其多模式综合协调控制

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。此处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(HESS),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4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。     

含超级电容的新能源直流微电网系统控制策略研究

在含新能源的直流微电网系统中,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满足要求,蓄电池与超级电容在性能上具有很强的互补性。将蓄电池与超级电容相连接构成混合储能模块,蓄电池稳定直流母线电压以维持母线上能量供需平衡,超级电容迅速提供或吸收负载波动功率高频分量,以抑制负载或新能源功率突变对直流母线造成的冲击。提出了含分布式发电单元的微电网系统并网运行时各储能单元和直流母线电压的控制策略。实验表明,该控制策略可控制蓄电池和超级电容出力,维持直流母线电压在额定值附近小范围波动,改善系统输出电能质量,提高系统的可靠性和稳定性。     

共直流母线混合储能的协调控制策略

超级电容的功率密度高、循环次数大,蓄电池的能量密度大、储能成本较低,因此结合两种储能的优点,建立了蓄电池-超级电容共直流母线的混合储能仿真模型,采用滤波和电流滞环协调控制策略,由超级电容来平抑系统功率波动的高频分量,蓄电池负责平衡系统功率波动的低频分量。仿真结果表明超级电容能有效平抑高频波动,蓄电池运行工况良好,协调控制策略取得较好效果。     

混合储能在电力电子变压器中的应用

针对电力电子变压器PET无法有效应对电网电压中断和电压跌落的不足,将蓄电池超级电容混合储能系统HESS应用到PET中。储能系统通过双向直流变换器与PET直流侧连接,在电网电压发生中断或跌落时,维持PET低压直流侧电压稳定并向负载提供功率。分析了储能系统的工作模式并设计了直流变换器的控制策略,通过超级电容优化了蓄电池充放电过程。结果表明,应用了混合储能系统的PET具备电压和功率补偿的功能,能够消除电网电压中断和电压跌落对负载的影响,保证用电设备的安全、稳定运行。     

双向直流变换器控制方法

双向直流变换器配合蓄电池或超级电容等化学储能元件应用在具有直流母线支撑的系统中时,其主要控制目标为结合储能元件的荷电状态实现负载的稳定工作。当负载功率大于主供电功率时,控制储能元件释放能量以满足负载功率需求;当负载功率小于主供电功率时,控制储能元件吸收能量以避免母线电压上升。归纳和总结了现有的双向控制方法,详细分析了储能系统中变换器两端均为直流源的应用场合时双向直流变换器的双向切换原理,重点研究了采用带有方向信息的电感电流平均值作为电流内环、直流母线电压作为电压外环的双向控制方法。针对该控制方法中存在的母线电压波动和电池频繁充放电的问题,阐述了相应的优化措施。     

基于PCS模型的超级电容器蓄电池混合储能研究

混合储能系统(HESS)将能量型储能和功率型储能结合,充分利用不同储能设备的特性取长补短,可以适应微电网各种场合的需求。建立了混合储能系统的数学模型,提出了一种基于能量转换(PCS)模型的超级电容器蓄电池混合储能系统。采用蓄电池与超级电容分别经过双向DC-DC变换器接入直流母线并联,再经统一采用PQ控制算法的DC-AC功率变换器接入交流电网的接入方式,该结构可减少DC-AC变换器的数目。最后进行了仿真研究,仿真结果表明:该储能系统一方面满足超级电容在短时间大功率吞吐过程中的组串电压范围要求;另一方面可维持直流母线电压恒定,减小锂电池在充放电过程中的电流纹波,控制灵活性高,具有所需超级电容和电池电压等级较低、利用率高的优点。     

平抑光伏系统波动的混合储能控制策略

蓄电池/超级电容混合储能系统可以同时发挥蓄电池高能量密度以及超级电容高功率密度的优势,适应用于微网。在Buck/Boost双向功率变换器与直流母线相连的独立光伏微网中,提出一种将储能系统总负荷功率滤波后,采用电流滞环控制蓄电池的充放电、超级电容提供差值功率的新型能量管理方案,以优化对混合储能系统的管理。为平抑光伏出力波动,实现对直流母线电压的控制,针对超级电容的Buck/Boost双向功率变换器,在电压电流双闭环基础上,利用输入电压、负载电流前馈环消除了二者的变化对输出电压的扰动,提高了系统的动态响应速度与控制精度;利用电容电压前馈环消除了由于负载电流大小及方向的改变对系统闭环极点变动的影响,提高了系统的稳定性。仿真结果验证了所提能量管理方案及控制策略的有效性。     

基于模糊控制的电动车双向DC-DC变换器研究

为了延长车辆续航里程,提高蓄电池的使用寿命,使用超级电容作为辅助的能量源,控制超级电容的双向DC-DC变换器对直流母线进行能量的回馈和补充,提高了电动车电源系统效率。根据蓄电池和超级电容的剩余电量及负载瞬态功率需求,提出了一种模糊控制器改善双能量电动车DC-DC变换器性能的方法。模糊控制器根据车辆运行的不同工况,自动地决策出一个合理的输出电流,进而控制双向半桥Buck/Boost式变换器的电流环。实验结果说明了控制系统具有良好的动态性、可行性、有效性。     

Cuk变换器在独立光伏发电系统抗扰性优化中的应用

在蓄电池／超级电容混合储能独立光伏发电系统中,为了减小系统体积及提高系统抗扰性,采用单向Cuk变换器代替传统Boost变换器实现光伏电池最大输出功率点追踪,采用双向Cuk变换器代替传统Buck／Boost双向变换器连接储能系统与直流母线。系统仿真分析结果表明,当光伏电池输出功率波动及负载发生突变时,在稳定母线电压及平抑负载功率波动方面,Cuk变换器均有明显优势。     

锂电池/超级电容混合动力系统及控制策略

混合动力轻轨车(Hybrid Light Rail Vehicle,HLRV)以锂电池作为主动力源,超级电容作为辅助动力源,具有良好的技术性与经济性。提出锂电池与超级电容分别通过Buck/Boost双向变换器并联于直流母线侧的储能主电路结构,以实现功率的双向调节并提高超级电容器利用率。为了提高系统输出功率以及减小电流纹波,采用三相交错并联结构。针对锂电池响应速度慢的问题,提出了超级电容响应负载变化,锂电池响应超级电容低频分量的间接功率控制策略。仿真结果验证了该系统以及控制策略的正确性。     

电流源双向直流变换器的并联环流抑制方法

电池储能系统中可采用电流源型隔离双向直流变换器作为蓄电池与直流母线之间的接口。为解决多个电流源型隔离双向直流变换器挂接在母线上产生的并联环流问题,提出一种基于直流母线端口电容的并联环流抑制方法。首先基于变换器的直流母线端口导纳,分析得到并联系统稳定和并联模块间电流均衡的通用条件;进而针对电流源半桥变换器的结构特点与控制策略,以及基于通用平均模型得到的变换器的开环传递函数,结合下垂控制的控制框图,分析推导电池储能模块的直流母线侧端口导纳表达式;通过将变换器的端口导纳代入并联系统稳定和并联模块间的电流均衡条件,发现变换器内在的LC谐振结构是并联环流存在的重要原因;最后分析直流母线端口电容对端口导纳的影响。仿真结果验证了所提环流抑制方法的正确性。     

带超级电容的光伏发电微网系统混合储能控制策略

为保证微电网系统稳定运行、各发电单元之间功率平衡以及输出电能质量良好,采用混合储能装置作为含光伏发电微电网系统的储能部分。提出了含光伏发电单元的微电网系统并网运行时各储能单元和直流母线电压的控制策略。当光伏发电并网系统的能量管理采用功率分配型控制策略时,直流母线电压幅值的稳定受发电单元侧控制,通过控制微电源与三相逆变器输送给电网能量之间的平衡来保持直流母线电压稳定;当新能源或本地负载功率发生突变时,由于蓄电池和超级电容储能装置具有较好的能量互补特点,通过控制蓄电池吸收或释放低频功率,超级电容吸收或释放高频功率,可以抑制负载突变对直流母线造成的冲击。仿真和实验结果表明,上述控制策略能有效、快速地调节系统有功、无功功率输出,抑制微电网系统负荷突变引起的功率波动,改善系统输出电能质量,提高系统的可靠性和稳定性。     

蓄电池和超级电容混合储能系统控制策略研究

针对蓄电池与超级电容不同的储能特点,采用适合混合储能交流应用模式系统结构及控制方式,利用高通滤波器将负载功率高频波动分量作为超级电容储能的有功指令,剩余功率作为蓄电池储能的有功功率,保证了超级电容与蓄电池之间的协同控制,并利用Matlab仿真算例验证了控制策略的有效性。     

独立光伏发电直流网能量管理控制策略

针对目前直流母线式独立光伏发电系统的供电稳定性较差的问题,以蓄电池组作为储能单元,选取具有电气隔离的双向DC/DC变换器来实现直流母线电压的稳定.根据光伏阵列输出功率和负载功率之间的关系以及蓄电池组端电压的不同将系统分为6种工作模式.给出了系统在各个模式间切换的程序流程图,设计了单向变换器和双向变换器的控制策略.最后基于Matlab/Simulink制作了仿真模型,仿真结果表明,当系统的光照或者负载变化时,通过控制能量在蓄电池组和直流母线之间的传递以及系统工作模式之间的切换,直流母线电压的稳定性得到了有效控制.     

基于风光互补微电网的复合储能控制策略

针对风光互补发电系统并网功率波动问题,在考虑平抑功率波动对储能性能需求的基础上,将蓄电池和超级电容器组成复合储能系统(hybrid energy storage system,HESS)应用到风光互补微电网中,并提出了复合储能的能量管理和控制策略。能量管理方面,遵循超级电容器优先工作原则,通过判断超级电容器端电压大小来决定复合储能的工作方式;超级电容器用来平抑风光发电并网波动功率的高频部分,蓄电池平抑低频部分,进而减少蓄电池的充放电次数,延长其使用寿命;控制策略方面,蓄电池的双向DC/DC变换器采用恒功率控制,超级电容器的双向DC/DC变换器采用恒母线电压控制,保证了直流母线电压的稳定,实现了复合储能的双向充放电控制。最后,利用PSCAD软件搭建了含复合储能的风光互补微电网仿真模型,仿真结果验证了所提控制策略的有效性和正确性。     

基于复合虚拟阻抗的混合储能系统功率分频协调与谐波电流抑制策略

混合储能系统在传统下垂控制下不能根据蓄电池和超级电容各自的储能特点和动态响应进行功率合理分配,同时单相逆变器负荷的存在导致前级变换器和输入源产生二次谐波电流,这将缩短系统的使用寿命,破坏系统稳定运行。针对以上问题,该文提出一种基于复合虚拟阻抗的功率分频协调与低频谐波电流抑制策略。在复合虚拟阻抗作用下,系统等效输出阻抗在低频段和高频段分别由蓄电池侧和超级电容侧阻抗主导,此时蓄电池提供系统功率波动的低频分量,抑制直流母线电压波动以稳定系统能量供需平衡,超级电容快速吸收系统功率波动的高频分量,提高系统的动态响应。在此基础上分析了复合虚拟阻抗使电感支路在二倍频时呈现高阻抗,非二倍频时呈现低阻抗,从而抑制二次谐波电流。最后,通过实验验证所提方法的有效性。     

基于电压下垂法的直流微电网混合储能系统控制策略

以稳定直流母线电压和优化蓄电池工作过程为目的,提出了一种基于电压下垂法的直流微电网混合储能控制策略。该控制策略根据直流母线电压信息,利用超级电容快速补偿母线功率缺额的高频部分;通过蓄电池对超级电容进行能量补充,间接补偿母线功率缺额的低频部分;利用超级电容电压不能突变的特点,实现对蓄电池电流的平滑控制。控制系统以直流母线电压、超级电容电压及蓄电池荷电状态为判断条件,自动切换工作模式。实验表明,该控制策略可自动调节蓄电池和超级电容出力,维持直流母线电压在额定值附近小范围波动,有效地减小了蓄电池充放电次数,延长其使用寿命。     

基于PR控制三相光伏并网的混合储能控制研究

并网时PR控制较PI控制有更好的稳定性能,但利用该策略进行三相光伏并网控制时,光照条件和负载改变带来的并网点有功波动问题仍然存在。使用了一种同时利用蓄电池和超级电容的储能系统进行并网点功率平抑的控制方法。本方法在直流母线上分别为蓄电池和超级电容并联两个DC-DC变换电路。由蓄电池对极短时间内发生的大功率波动进行平抑,对稍长时间内发生的小功率波动进行削峰填谷;超级电容则用来维持直流母线电压的稳定。通过Matlab/Simulink仿真,证明了以上蓄电池-超级电容混合储能系统对PR控制三相光伏并网进行并网点有功功率平抑的可行性。     

基于超级电容与蓄电池复合动力电源的研究

在综合分析各种存储方式的基础上,对超级电容和蓄电池的机理与特性进行了研究。为了解决单一储能方式的缺陷,将超级电容和蓄电池通过功率总线、双向DC/DC变换器等结合在一起。充分利用超级电容器功率密度大、循环寿命长的优点与蓄电池能量密度大的长处,确立了超级电容与蓄电池的复合储能系统方案。实验结果表明,超级电容和蓄电池混合储能方式可有效地实现系统的能量管理,提高储能效率。     

直流微网混合储能控制及系统分层协调控制策略

为了充分利用超级电容动态响应快、锂电池能量密度高的特点来提高微网储能系统的动态特性和运行寿命,利用这2种储能器件构成了光伏型直流微网的混合储能系统(HESS).基于对超级电容和锂电池储能下垂特性的分析和工作区间的划分,提出改进型混合储能控制策略;再根据直流微网系统的功率方程、母线电容储能变化与电压变化方程,导出直流母线电压变化与系统功率流向之间的关系,提出对光伏型直流微网的电压分层协调控制策略.实验结果表明,该策略根据电压变化将直流微网的运行划分为5个层区,通过检测直流母线电压的变化量来决定系统的运行层区及光伏、超级电容和锂电池功率变换器的工作方式,保证各层区都有相应变换器来调整直流母线电压、平衡系统功率,实现直流微网电压稳定的控制目标.因此,基于混合储能系统的电压分层协调控制策略能够有效调节直流母线电压,保证直流微网的功率平衡.