储能型MMC换流器的SOC均衡策略研究

模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)子模块直流侧加入储能电池即构成储能型MMC换流器,无需额外的功率转换装置即可对交、直流电网提供有功功率支撑。文中分析了储能型MMC换流器的复杂工况,针对性地提出了基于直流功率、交流功率的相间、桥臂间与模块间三级荷电状态(state of charge,SOC)均衡控制策略,并通过仿真和实验验证了所提策略的正确性。     

基于模块化多电平变流器的电池储能系统荷电状态均衡控制策略

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)适用于中高压交直流混合电网,有助于解决可再生能源大规模并网问题。针对电池容量利用率问题,该文分析了MMC-BESS中各端电源功率传递关系,提出了一种电池荷电状态(state of charge,SOC)均衡控制策略,通过三级均衡控制,实现相间、上下桥臂间、桥臂内子模块间电池模块的SOC均衡。同时为提高系统运行的可靠性,研究了故障容错运行工况下的SOC均衡控制策略。最后通过仿真和实验验证了所提控制策略的有效性。     

MMC-BESS电池荷电状态三级均衡控制策略

基于模块化多电平变换器拓扑的电池储能系统(Modular Multilevel Monverter based Battery Energy Storage System, MMC-BESS)可以同时输出有功、无功功率,适用于中高压、大功率的新能源并网场合。为解决储能单元的差异导致其荷电状态(State of Charge, SOC)不均衡的问题,提出了一种电池SOC三级均衡控制策略。首先针对各相间SOC差异,通过控制桥臂环流直流分量改变每相功率,实现了各相SOC均衡。其次针对同相内上下桥臂SOC差异,通过控制桥臂环流基波分量改变上下桥臂功率,实现了每一相内上下桥臂SOC均衡。最后针对同一桥臂内子模块SOC差异,通过重构调制波改变子模块功率,实现了所有子模块SOC均衡。实验结果验证了该控制策略的有效性。     

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。     

基于模块化多电平变换器的插电式混合电动汽车系统充电控制策略

针对带独立发电机的混联式插电式混合电动汽车(PHEV),该文提出一种基于"背靠背"模块化多电平变换器(MMC)的一体化功率变换器拓扑及其外接单相交流电源充电控制方案。该方案利用MMC拓扑模块化结构的优势,分析了拓扑工作在单相交流充电模式下各桥臂、子模块的功率流向等特点,基于载波相移正弦脉冲宽度调制,提出适用于该控制策略的正弦半波调制方法,采用基于桥臂电流控制的电池荷电状态(SOC)层次化均衡策略,无需额外的充电电路以及复杂的电池管理系统(BMS),可实现各电池单元的快速均衡充电,避免因单体电池差异引起的整体储能系统循环寿命缩减。通过Simulink仿真及RT-LAB实时仿真器硬件在环实验,验证了该变换器的可行性和充电控制策略的有效性。     

分布式储能型MMC电池荷电状态均衡优化控制策略

为提高电池的能量利用率和解决电池因制造工艺、循环充放电次数不同以及老化程度不一致等因素导致的荷电状态(SOC)极度不均衡问题,提出一种兼顾电流波动抑制的分布式储能型模块化多电平换流器的电池SOC均衡优化控制策略。为准确控制充放电功率,采用双环控制：外环针对相间、桥臂间和子模块间电池SOC差异,建立离散时域预测功率模型,通过负反馈控制生成动态电流参考值;内环设计了模型预测优化控制策略,准确追踪动态电流参考值,实现电池SOC均衡、提高电池能量利用率,并提高系统的动态响应能力以及抑制电池电流纹波,延长电池使用寿命。最后通过在PSCAD/EMTDC中构建仿真模型对所提出的控制器性能进行验证。     

适用于直流链式储能的电池簇荷电状态自均衡控制策略

电池储能系统凭借其可提高可再生能源消纳能力的优势逐渐成为电网关键环节,其中的生产、使用环节导致的电池不一致性是影响储能系统容量和寿命的重要因素。在直流型高压级联链式储能的拓扑结构基础上采取分级控制策略,基于电压模式和功率模式的一级控制,针对链式电池储能系统电池荷电状态(SOC)不均衡的问题,提出了一种控制参数自适应的SOC自均衡控制策略。该策略综合考虑电池SOC偏差、各模块电容电压水平、直流系统电压控制裕度以及输出调制比上下限,实时计算均衡系数。实验结果验证了所提策略能够在SOC偏差较大以及满功率充放电切换的极端工况下,实现SOC自均衡,均衡效率较高。     

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。     

基于MMC的储能系统SOC均衡控制

针对模块化多电平储能变流器(MMC-ES)中子模块电池荷电状态(SOC)均衡控制的问题,在此通过数学模型分析了MMC-ES桥臂电流组成成分,提出了SOC均衡控制策略。最后经过仿真与实验验证了上述理论分析的正确性以及控制策略的有效性。     

基于混合模块化多电平变换器的储能铁路功率调节器及其控制策略

针对电气化铁路系统具有负序、无功补偿能力和回收制动能量功能的装置存在成本高、控制不灵活的问题,本文提出了一种基于混合模块化多电平变换器(HMMC)的储能铁路功率调节器(RPC)拓扑及其控制策略。该拓扑可以灵活配置模块化多电平变换器各桥臂的储能子模块数目,同时储能子模块中RPC侧半桥变换器和储能系统侧半桥变换器控制独立,具有成本低、控制简单的特点。通过改进补偿电流指令生成方法,对储能电池采用直接电流控制并在均衡控制中前馈电池电流信息,能够灵活独立地控制各储能子模块的储能功率并维持子模块电容电压稳定;通过储能功率调配策略给定各储能子模块储能功率以充分利用储能系统容量,实现了负序、无功补偿和机车制动能量存储的目的。仿真结果验证了拓扑和控制策略的正确性和有效性。     

注入无功功率的链式电池储能系统荷电状态均衡控制策略

针对链式电池储能系统相内电池组荷电状态(SOC)不均衡问题,分析了单位功率因数下均衡控制策略在SOC极度不均衡时导致过调制的边界条件,并提出了一种注入无功功率的新型相内SOC均衡控制策略。通过在各H桥调制信号中叠加有功和无功电压分量,重新分配有功和无功功率,保证SOC处于极端状态的电池组主要进行有功功率交换,其余电池组主要进行无功功率交换,实现极端模块调制比有效降低,非极端模块调制比略有增长,避免过调制。与单位功率因数均衡控制策略相比,该策略通过控制功率因数角充分协调各模块调制比,可以在各电池组SOC差异更大的情况下实现均衡控制,扩大适用范围。仿真结果验证了所提策略的正确性和有效性。     

不平衡网压下MMC-BESS的新型SOC均衡控制研究

针对高压直流输电系统中发生不对称故障情况下,模块化多电平储能换流器（MMC-BESS）的荷电状态（SOC）均衡过程较长、资源配置不均、易发生过调制等影响系统安全运行的问题,提出了一种不平衡网压下模块化多电平储能换流器的新型荷电状态均衡控制策略,该方法针对于相间、上下桥臂间及子模块间提出两种不同的均衡控制策略。首先通过将桥臂输出能量作为反馈量调节相单元与上下桥臂的输出功率,调控桥臂环流中的直流分量和基频分量达到相间和桥臂间的SOC快速均衡;其次,对子模块间的SOC均衡比例增益添加限制,再通过判决函数进行判别。最后,通过验证表明,提出的控制策略与工程中常规的直接SOC均衡控制策略相比拥有更好的控制性能和响应速度。     

模块化多电平换流器闭环均压策略研究

模块化多电平换流器(MMC)以其模块化结构、易于扩展及无需变压器等优点成为近年来的研究热点.子模块电容电压的稳定对MMC稳定运行至关重要,然而MMC各子模块电容电压均衡是MMC的难点.这里介绍了一种基于环流控制桥臂总能量和上下桥臂均衡能量的闭环均压控制方案.通过桥臂总能量控制器和能量均衡控制器来均衡子模块电容电压,确保子模块电容电压处于相同变化范围,保证MMC稳定运行.基于该策略搭建了单相五电平Matlab仿真和实验平台.实验和仿真结果验证了所述闭环均压策略的有效性.     

基于直流环流注入的MMC储能系统相间功率均衡控制策略

在网压不平衡工况下,模块化多电平储能系统(modular multilevel converter energy storage system,MMCESS)如果以并网电流平衡为控制目标,虽然可以保证交流系统安全运行,但是会引起各相放电速度不同,导致子模块储能电池荷电状态(state of charge,SOC)的不均衡。为解决上述问题,首先对比分析了传统MMC和MMC-ESS的内部环流特性;然后分析了以并网电流平衡为目标的不平衡网压控制对电池SOC的影响;针对这一问题,提出了利用注入直流环流的控制策略,有效地实现了相间功率均衡,并论述了直流环流控制器参数对系统稳定性的影响;以各相电压跌落度为变量,绘制各相注入的直流环流占额定桥臂电流比例的三维图,针对不同跌落度分析了各相桥臂电流的变化,为设备器件选型提供了依据;最后,通过仿真和实验验证了理论分析的正确性及控制策略的可行性。     

级联型电池储能电网不平衡下控制及故障保护

级联型电池储能系统(BESS)基本的控制目标是充放电功率控制,调压、调频等高级控制策略均是在此基础上实现的.在级联型BESS中,每相N个电池模组分散接入H桥变换器的直流侧,电池容量能够得到充分利用的前提是各相内及相间电池组荷电状态(SOC)均衡.在电网电压出现不平衡或储能变流器(PCS)的模块出现故障时,仍需保证电池模组SOC均衡,以保证整个BESS仍能正常工作,从而提高系统的可靠性.     

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。     

部分接入电池储能系统的模块化多电平换流器控制方法

部分接入电池储能系统的模块化多电平换流器(MMC with partly integrated BESS,MMCPBESS)可以在接入储能的同时节约建造成本,但其控制更加复杂。针对下桥臂接入储能电池的MMC-PBESS拓扑,建立数学模型及等效电路。在此基础上给出电容电压均衡策略,提出了上/下桥臂分控的控制策略,并分析了其运行边界。在MATLAB/Simulink平台搭建仿真模型,仿真了不同交直流功率比例的运行工况,所提控制策略可以在维持电容电压平衡的同时实现对电池充电的功能。该策略无需额外的环流计算,上下桥臂控制解耦,简单灵活。     

一种快速的模块化多电平换流器电压均衡控制策略

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)传统的电压均衡控制需要对电容电压排序,占用了大量计算资源。设计了一种无需排序的均衡控制策略。该策略通过比较前后控制周期中投入子模块的个数以及判断各桥臂子模块的电容电压与其平均值的偏差是否越界,来决定是否重新计算触发脉冲。选取桥臂电容电压的平均值作为基准值,各子模块由其电容电压与该基准值比较来确认投入与否:当桥臂处于充电状态时,优先投入低于基准值的子模块;当桥臂处于放电状态时,优先投入高于基准值的子模块。在PSCAD/EMTDC平台上搭建了MMC模型,对设计的均衡控制策略的有效性进行了验证。结果表明该策略可以在较低频率下实现电容电压的均衡控制。     

储能型模块化多电平换流器的分析与控制方法

电池储能是目前最有前景的储能技术之一,模块化多电平换流器(MMC)广泛应用于柔性直流输电领域。将电池储能与MMC相结合,构成储能型MMC。由于其具有电池系统、交流电网与直流电网间功率交换的功能,导致与传统MMC的控制方法不同。分析了储能型MMC的结构与工作原理,研究了多种运行工况下换流器功率解耦控制方法,搭建了仿真与实验样机,验证了所提控制方法的正确性和有效性。