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。     

复合电源用双向DC/DC变换器的选型与设计

为了实现复合电源中超级电容器与蓄电池的有机匹配,改善蓄电池的性能和延长其使用寿命,本文提出了一种新型的具有升降压功能的双向DC/DC变换器,使复合电源系统在对外充放电过程中,超级电容器与蓄电池的功率按电池"最佳"工作状态进行分配。通过分析论证和实际电路测试,双向DC/DC变换器能够满足超级电容器与蓄电池的良好匹配,实现了复合电源系统的稳定工作。     

一种适用于燃料电池-超级电容发电系统的控制策略

随着能源危机和环境污染问题加剧,燃料电池因其绿色环保得到了越来越多的应用。受调节进气量机械装置的限制,燃料电池的动态性能较差,响应速度较慢,因此需要选择蓄电池、超级电容等作为辅助电源提供瞬时功率、配合燃料电池发电。基于主电源燃料电池和辅助电源超级电容并联供电的架构,分析了各种可能出现的能量流动工况,提出了超级电容后级变换器控制母线电压、燃料电池后级变换器控制超级电容电压的系统控制策略。最后搭建了燃料电池发电系统仿真平台,对2种稳态工况和3种动态工况开展仿真分析,仿真结果证明:提出的控制策略具有优异的直流母线稳态和动态特性,实现能量在主辅电源以及负载之间的合理分配,保证燃料电池的安全稳定运行。     

一种适用于微电网混合储能系统的功率分配策略

混合储能系统同时具有功率型和能量型储能设备的优点,适用于微电网中平抑波动性功率。采用直流母线并联方式的超级电容器和蓄电池混合储能系统,由蓄电池储能单元稳定直流母线电压,超级电容器储能单元跟踪参考电流,从而达到功率的动态分配。在混合储能系统功率损耗模型的基础上,提出一种兼顾超级电容器荷电状态和储能系统损耗的功率分配策略。将该策略用于光伏发电系统输出功率平抑,仿真结果验证了所提控制策略的有效性。     

基于一致性理论的直流微电网混合储能协同控制策略

储能系统在直流微电网内部功率平衡和安全稳定运行中发挥了重要作用。受到当前技术限制,蓄电池–超级电容器组成的混合储能系统更能经济有效地满足微电网对功率型和能量型储能的需求。基于一致性理论的分布式控制方法有效解决了下垂控制带来的电压偏差和分配精度问题,然而目前的研究大多针对于多组单一种类储能系统,未能考虑不同类储能间的功率分配问题。该文基于一致性理论提出一种多组混合储能控制策略,通过设置母线电压和超级电容器端电压控制环实现功率在不同类储能间的分频分配,并有效提升直流母线电压水平。同时,借助于一致性控制算法对超级电容器间功率和蓄电池间功率进行合理分配。理论分析结果证明所提控制策略的稳定性和有效性。在PSCAD/EMTDC平台中的仿真结果表明,所提的混合储能控制策略能够实现储能组内和组间的协调控制。     

一种混合动力汽车ISG系统用低压复合电源

为提高混合动力汽车(hybrid electric vehicle,HEV)起动发电一体化(integrated starter and generator,ISG)系统用电源的工作性能,提出了一种由超级电容器与蓄电池直接并联,并通过双向DC-DC功率变换器向ISG升压供电的低压复合电源方案,充分利用蓄电池比能量大和超级电容器比功率大的性能,蓄电池作为能量存储模块主要为车载低压用电设备提供电能,超级电容器作为功率缓冲单元瞬时释放功率和回馈能量,两种电源优势互补,使得ISG系统的起/停控制快、能量再生利用好、动力辅助性强等优越性能可较大程度地得以实现,并增加车载低压蓄电池的使用寿命。仿真结果验证了所提出复合电源的有效性。     

虚拟直流发电机控制下SOC均衡功率分配策略

直流微网无需考虑频率、无功等因素,有利于新能源的接入,但接入大量电力电子变换器的直流微网惯性较低,严重时会影响微网稳定运行。为增大系统惯性,目前针对储能侧双向DC/DC变换器虚拟直流发电机控制策略研究较多,但对于多台并联运行虚拟直流发电机之间功率分配问题研究甚少。为了解决蓄电池间因功率分配不合理导致初始荷电状态较低的蓄电池提早退出放电等问题,提出了一种以蓄电池荷电状态作为变量,适用于多台容量不同虚拟直流发电机的荷电状态均衡功率分配策略。构建了多电源光储直流微网,建立了系统小信号模型,利用阻抗比判据分析了系统的小信号稳定性。最后利用PSCAD/EMTDC进行仿真验证,结果表明:所提功率分配方法可以实现蓄电池间的荷电状态均衡,避免初始荷电状态较低的蓄电池提早退出放电的问题。     

新型复合电源构型功率分配仿真研究

提出一种新型主动复合电源构型。采用一种新型的拓扑结构,利用单向DC/DC转换器来实现更高效率的功率分配方法。新型主动复合电源拓扑结构包括蓄电池、2个单向DC/DC转换器、超级电容器、逆变器,并选用模糊控制作为此拓扑结构的控制方法。通过ADVISOR进行仿真,结果表明工况结束时蓄电池拥有更多的剩余电量,从而可以提供更长的续航里程,超级电容器的回收峰值电流更高,蓄电池在工作时产生的电流幅值更小,保护了蓄电池的健康状态,从而实现了该结构对于超级电容器和蓄电池功率的准确分配。     

微电网混合储能系统控制策略研究

微电网中的微电源和负载具有波动性和随机性,故储能系统是维持微电网安全可靠运行并改善电能质量的关键,蓄电池与超级电容器混合使用可以发挥蓄电池电池能量密度大和超级电容器功率密度大,充放电速度快的优势,提高微电网储能系统性能。提出了一种基于互补PWM小信号模型,并分别给蓄电池和超级电容器设计了控制方案,蓄电池采用单电流环很好的平抑了功率的低频波动,超级电容器采用带前馈的双环控制,平抑功率的高频波动,并有效的维持了直流母线电压的稳定。仿真结果证明了所提出的控制策略的正确性。     

带混合储能的光伏并网系统功率协调控制策略研究

针对光伏发电系统功率输出随机性强、波动性大等问题,本文提出了一种光伏超级电容蓄电池电解槽混合发电系统功率协调控制策略。分析并建立了光伏、超级电容、蓄电池及电解槽的数学模型,构建了一种将系统各单元通过变换器汇集于直流母线的混合系统结构。该控制策略将超级电容和蓄电池两者的荷电状态SOC(State of Charge )均考虑在内,通过对不同工况下系统各单元出力的协调控制,在实现直流微电网有功功率平衡的前提下,达到维持直流母线电压稳定和平抑系统并网功率的目的,提高了光伏利用率。利用PSCAD/EMTDC软件进行建模与仿真分析,验证了本文所提控制策略的有效性。     

考虑混合储能荷电状态的独立光伏系统控制策略

独立光伏系统中配备由蓄电池与超级电容组成的混合储能系统可以实现功率平滑、能量平衡以及提高电能质量。在同时考虑蓄电池与超级电容各自的荷电状态以及不同重要等级负荷的情况下,提出了对混合储能的能量管理及对应Buck/Boost双向功率变换器的控制策略。该能量管理方案可以在保证微网的正常运行下维持储能元件在合理的荷电状态;该控制策略可以保证蓄电池的阶段式恒流充电和过充过放保护以及对直流母线电压的稳定快速控制。建立了独立光伏系统的模型,给出了变换器的控制策略,仿真结果验证了所提能量管理方案及控制策略的有效性。     

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。     

基于参数优化变分模态分解的混合储能功率分配策略

为平滑风电输出功率,通常将功率型储能元件和能量型储能元件结合成混合储能系统与风电系统相连.为了提高混合储能系统的灵活性和经济性,对一种基于参数优化变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)的混合储能系统控制策略进行了研究.采用粒子群算法确定VMD算法中K值(分解模态数)和α值(...     

微电网中混合储能系统的小波包-模糊控制策略

为了充分发挥混合储能系统（hybrid energy storage system, HESS）在微电网中的应用优势,提高微电网运行的经济性和可靠性,提出了HESS的小波包-模糊控制策略。在平抑可再生能源输出功率波动的基础上,分别考虑并网时功率交换的实时电价和孤岛运行时的缺电量,建立起并网经济性评价指标和孤岛负荷缺电指标。对间歇性微电源进行小波包分解以获得HESS的初始充放电指令,由超级电容器承担网内瞬时功率波动的平抑任务,以网内不平衡功率对蓄电池充放电指令进行修正,再通过模糊控制获得蓄电池充放电的最终指令。最后,以风光燃储微电网为例验证了所提控制策略的有效性。     

基于虚拟阻抗的孤岛交流微电网混合储能控制策略研究

为了实现孤岛交流微电网(AC-MG)混合储能系统(HESS)的分散控制,提出了一种基于虚拟阻抗的针对超级电容(SC)和蓄电池(Battery)构成的HESS功率动态分配方法。在不需要实时检测负载功率的情况下实现两种类型储能设备的功率实时动态分配。在分析虚拟阻抗基本原理并建立HESS等效电路模型的基础上,推导了HESS动态功率分配的理论原理。通过分析DC-AC变换器电压电流双环控制参数对于变换器输出阻抗和虚拟阻抗的影响,进而给出有益于功率分配的控制参数设置方法。在此基础上,建立了HESS的仿真模型,设计了2类典型的等效功率波动工况,深入分析HESS在各种工况下的运行特性。结果表明：在各种工况下,HESS都可以通过控制超级电容串联虚拟电容(VC)实现其补偿等效功率波动的高频部分;蓄电池串联虚拟电阻(VR)吸收功率波动的低频部分,动态功率自动分配有效实现,提高了系统的鲁棒性和可靠性。     

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。     

纯电动汽车蓄电池-超级电容复合能源系统研究

为弥补现有纯电动汽车单一能源的不足,采用蓄电池为主超级电容为辅的复合能源系统,通过对车辆动力性、续驶里程、制动能量回收等约束的分析,对复合能源进行参数匹配;考虑超级电容电压与其容量和效率的关系,将超级电容电压、蓄电池SOC和车辆需求功率作为输入量制定模糊控制策略;为避免一次行驶路况结论的片面性,在UDDS路况进行多次循环仿真直至蓄电池放电结束。结果表明,所采用的蓄电池——超级电容复合能源系统参数匹配方法和模糊控制策略能够很好的满足纯电动汽车在完整放电行驶中对能源系统能量和功率的需求,能够有效回收利用再生制动能量,提高能源系统效率,提高车辆动力性能和经济性能,起到延长蓄电池使用寿命的作用。     

Economic Analysis of Hybrid Battery Energy Storage Systems Applied to Frequency Control in Power System

The battery energy storage system (BESS) is prospective energy storage in the smart grid, and the hybrid energy storage system (HESS), using two different kinds of battery, is also being studied to achieve better performance and the lower cost than the single‐battery‐type BESS. However, the cost issue has not yet been evaluated explicitly. On the other hand, BESS has been studied and offers promise for ancillary service, although HESS has not been applied to frequency control in power systems. This paper focuses on the application of HESS to frequency control and its economic analysis. In this paper, the important battery characteristics in the application to a power system are introduced and two kinds of HESS are evaluated in terms of their cost when applied to frequency control. In addition, the cost HESS is used for peak shift as well as frequency control is analyzed.     

Fixed-boundary-layer Sliding-mode and Variable Switching Frequency Control for a Bidirectional DC–DC Converter in Hybrid Energy Storage System

In this paper, a soft switching DC–DC converter is presented for a hybrid energy storage system (HESS) in an electric vehicle (EV), using fixed boundary layer sliding mode control (FBLSMC) and variable switching frequency modulation. This strategy is aimed at improvement of the transient performance, energy transfer efficiency and system robustness for the HESS which is composed of a battery, an ultracapacitor (UC) and a bidirectional DC–DC converter. The state-space model of such DC–DC converter is firstly established involving all operating modes and system uncertainties. The FBLSMC scheme is proposed for the satisfactory voltage/current tracking despite system uncertainties. It can guarantee the system robustness and avoid the chattering existing in conventional sliding mode control (CSMC). In order to ensure the soft switching under transient load variations, a variable switching frequency modulation method is introduced into the controller. Finally, experimental results confirm that (1) within the full-load range the efficiency of the DC–DC converter with variable switching frequency is ～96% in contrast to 90% efficiency at hard switching, and (2) the energy delivered by the UC follows the reference closely for EVs.     

基于模糊逻辑混合储能管理策略在船舶中压直流电力系统中的应用研究

在船舶中压直流MVDC(medium-voltage direction current)电力系统中,混合储能系统HESS(hybrid energy storage system)的能量管理策略,可以极大地影响系统的能量利用效率。模糊逻辑能量管理策略,既可以预测HESS的参考功率,以满足负载功率的需求,又可以实现锂电池组和超级电容器组之间的能量分配。用组合型多通道交错双向电流MMBDC(modular multilevel bidirectional current)连接HESS和母线,既可降低开关电流和电压应力,又可减小电感量。在Matlab/Simulink中,建立了MVDC电力系统、HESS、恒功率负载和脉冲负载模型,仿真结果表明:模糊逻辑控制器可以较为准确地预测负载功率的变化并较好地平衡锂电池组和超级电容器组之间的能量分配,为后续船舶中压直流电力系统的能量管理研究奠定了基础。