带混合储能的微网并网控制策略研究

新能源发电的不确定性严重影响了电力系统的稳定。采用蓄电池单一储能的方式很难具有高功率密度、高效率、无污染等优点。为了克服蓄电池储能的缺点,文章将蓄电池和超级电容组成混合储能单元,利用高通滤波器将微网系统功率波动分为高、低频两部分,高频部分由超级电容直接吸收或释放,而低频功率分量与蓄电池、超级电容的剩余容量一起作为模糊控制器的输入,通过模糊规则的建立,求解出超级电容对低频功率分量的分担系数,进而计算出蓄电池和超级电容对系统功率的分担量。搭建仿真与实验平台,结果表明该控制策略充分利用了超级电容的容量,且能使整个微网系统高效稳定地运行。     

含小水电集群的互补微网混合储能容量配置

针对功率型和能量型储能装置的特点,提出了一种由小水电群等多种分布式能源构成的微电网混合储能容量最优配置方法。基于风、光、水年出力特性曲线与全网年负荷曲线,以购置成本、运行与处理成本为目标,系统储能容量、微网瞬时功率、系统最小功率、蓄电池放电深度以及超级电容充放电电流与电压等条件为约束,采用自适应遗传算法对目标函数进行求解,得到混合储能系统中蓄电池和超级电容的最优容量。结果表明,较之传统的蓄电池储能系统,混合储能系统可以大大减小购置与运行成本。     

基于稳态功率修正的混合储能新型控制策略研究

超级电容在响应系统功率波动时,荷电状态与额定值相比会产生一定偏移。针对该问题,文章在直流母线电压变化率进入稳定状态后,提出了在蓄电池电流内环增加与超级电容实际荷电状态有关的扰动项,改变蓄电池及超级电容的参考电流,实现稳态下蓄电池对超级电容的功率修正,最终使超级电容的荷电状态自动恢复至额定值。将所提的基于稳态功率修正的混合储能控制策略应用于直流微网并进行仿真,结果表明,该策略能够增强混合储能可靠性,减少超级电容配置容量,提高微网的稳定性和经济性。     

风光储微网系统孤岛运行控制策略研究

文章建立了基于光伏发电系统、永磁同步风力发电系统以及混合储能系统的微网系统,主要对低压微网孤岛运行控制策略进行研究。针对传统单一主电源控制存在的缺陷,设计了由超级电容和蓄电池组成的混合储能系统作为主电源,采用改进V/F控制策略,为微网系统提供电压和频率支撑,同时在微网系统频率波动时实现功率的快速跟踪;风力发电系统和光伏发电系统作为从电源,采用按最大功率跟踪输出的PQ控制策略。基于PSCAD/EMTDC仿真平台建立了微网系统仿真模型并对不同运行工况进行仿真实验,仿真结果表明了该控制策略的有效性,同时微网孤岛运行的可靠性和稳定性得到了提高。     

基于多个松弛终端的直流母线电压分层控制策略研究

独立运行的多微源直流微电网,因其抗扰动能力弱,需要制定合理的能量管理控制策略来平衡微源间的功率流动,实现直流微电网的稳定运行。采用基于多个松弛终端的直流母线电压分层控制策略实现直流微电网的协调控制,当直流微电网中光伏发电功率或者负载发生变化时,通过松弛终端来维持直流母线电压稳定。根据电压分层控制策略,文章所研究的微网组网中松弛终端是超级电容、蓄电池和燃料电池,分别采用双闭环电流电压控制、基于电压的下垂控制和恒压控制实现孤岛模式下分布式发电系统和混合储能系统间的功率平衡。其中光伏发电根据需要可以作为松弛终端,也可以作为功率终端。通过仿真分析研究,验证了该控制策略的良好效果。     

含混合储能系统的独立直流微网协调控制策略

针对独立运行的多储能直流微网,为了减少蓄电池充放电次数和提高蓄电池间荷电状态的均衡速度及精度,提出了一种基于源荷功率差信号的直流微网混合储能控制策略。该策略在详细分析了直流微网工作模式的基础上,设置功率分层点作为超级电容和蓄电池工作切换依据,即超级电容和蓄电池分别优先工作在源荷功率差较小和较大的情况下,避免了蓄电池在源荷功率平衡点处频繁充放电切换。当多个蓄电池同时出力时,通过改进下垂控制,动态地增大均衡期间蓄电池间下垂系数差别,提升蓄电池荷电状态及负荷功率均衡速度和精度,避免部分蓄电池因荷电状态越限而提前退出运行。最后,在MATLAB/Simulink仿真软件上验证了所提控制策略可稳定运行在各种模式下,并具有较高的荷电状态均衡速度和精度。     

独立光伏供电系统中多储能单元协调控制策略的研究

文章提出了一种由超级电容器和多个蓄电池储能单元组成的混合储能系统,并将该储能系统应用于独立光伏供电系统。其中,多个蓄电池储能单元能够增大混合储能系统的容量,并提高供电系统的可靠性。由于不同的蓄电池储能单元的荷电状态存在差异,因此,提出了一种改进SOC下垂控制方法,并利用该控制方法实现了不同蓄电池储能单元传输功率的优化分配和SOC的动态均衡,优化了蓄电池储能单元的能量传输过程。超级电容器可以补偿光伏系统传输功率缺额的高频部分,减少蓄电池储能单元充、放电的次数,维持直流母线电压的稳定。文章通过仿真模拟,验证了所提出的控制策略能够优化各储能单元的运行状态,并有效地维持了光伏系统传输功率的平衡和直流母线电压的稳定。     

基于混合储能的直流微电网孤岛运行控制策略研究

分布式能源越来越受到人们的重视,但由于分布式能源发电的不稳定性特点,也加大了大电网的波动风险。微电网能够弥补分布式电源的缺点,减轻大量入网对电力系统的影响。由于微电网运行中,负载不断变化导致母线电压波动,因此维持母线电压稳定,将有利于微电网平稳运行。为提高微电网的经济性与可靠性,采用锂蓄电池-超级电容混合储能系统,并针对混合储能系统的直流微电网孤岛运行策略进行研究。根据微电网储能系统、锂蓄电池储能和超级电容器储能等基本原理,针对孤岛运行模式下微电网母线电压波动及储能系统运行性能下降的问题,设计了一种基于混合储能的直流微电网孤岛运行状态下的控制策略。用电压电流双闭环的储能系统控制方式,以DC-DC变换器进行功率分配,锂蓄电池对低频部分功率进行补偿,高频部分功率由超级电容器补偿。同时该混合储能系统能有效减少锂蓄电池充放电变化,避免过充过放现象的发生。通过Matlab/Simulink软件搭建仿真平台进行仿真模拟,证实了所设计的控制策略在稳定母线电压,避免蓄电池频繁充放电及过充过放现象中具有良好的优化作用。     

基于变换器级联的直流微电网混合储能系统及控制

提出一种基于双有源全桥DC/DC变换器和Buck/Boost双向变换器级联结构的直流微电网混合储能系统及其控制策略。前级为双有源全桥DC/DC变换器,连接超级电容和直流母线,利用超级电容快速补偿直流微电网的高频功率波动;后级为Buck/Boost双向变换器,连接锂电池和超级电容,通过锂电池对超级电容进行能量补充,间接补偿直流微电网的低频功率波动。该混合储能系统结构不但能满足分频补偿直流微电网功率波动的要求,而且利用双有源全桥DC/DC变换器,实现与直流母线的电气隔离,同时有效降低储能设备额定电压;并且对Buck/Boost双向变换器下垂特性进行分区能有效减少锂电池动作次数延长其使用寿命。通过仿真验证,所提出的控制策略可依据直流母线电压信息,快速调节混合储能系统的输出功率,维持直流母线电压稳定,实现直流微电网的可靠运行。     

基于净功率频率分解的微电网混合储能 优化配置研究

微电网利用储能系统、微型燃气轮机等能够快速响应负荷和间歇式能源功率变化的可调节资源,平抑风光出力的波动性,提高电源出力和负荷的匹配性,形成能够基本实现内部功率平衡的供电网络,降低间歇式电源并网对电网安全运行造成的影响。蓄电池等能量型储能的能量密度高,但频繁充放电会快速降低电池使用寿命;超级电容等功率型储能的能量密度低,但功率密度高,并且可充放电次数多。研究了微电网中采用蓄电池和超级电容组合的混合储能系统优化配置方法,利用快速傅里叶变换对一个控制周期内的微电网净功率进行频谱分析,确定混合储能系统的输出功率,建立了以混合储能配置成本最小化为目标的优化模型,并采用粒子群算法进行求解,最后通过算例验证该方法的有效性。     

A power allocation strategy of a hybrid energy storage system for a PV grid-connected system

针对光伏并网系统中光伏微电源出力的波动性和间歇性,将蓄电池和超级电容器构成的混合储能系统HESS（hybrid energy storage system）应用到光伏并网系统中可以实现光伏功率平滑、能量平衡以及提高并网电能质量。在同时考虑蓄电池的功率上限和超级电容的荷电状态（SOC）的情况下,对混合储能系统提出了基于超级电容SOC的功率分配策略;该策略以超级电容的SOC和功率分配单元的输出功率作为参考值,对混合储能系统充放电过程进行设计。超级电容和蓄电池以Bi-direction DC/DC变换器与500 V直流母线连接,其中超级电容通过双闭环控制策略对直流母线电压进行控制。仿真结果表明,所提功率分配策略能对混合储能系统功率合理分配,而且实现了单位功率因数并网,稳定了直流母线电压。     

考虑超级电容荷电状态的光伏发电系统功率控制研究

针对光伏出力的波动性和间歇性,文章将蓄电池和超级电容器相结合的混合储能系统HESS(Hybrid Energy Storage System)应用到光伏并网系统,实现了光伏系统的功率平滑,平衡能量,提高并网电能质量。同时考虑到低通滤波法在进行功率分配时存在滤波时间常数难以计算的问题,就蓄电池与超级电容提出一种由超级电容荷电状态(SOC)来反馈二者功率分配的控制策略;该策略以超级电容的SOC和功率分配单元的输出功率作为参考值,对混合储能系统充放电过程进行设计。仿真结果表明:与低通滤波法相比,文章所提功率分配控制策略延长了蓄电池的使用年限,防止了超级电容器的过充、过放,而且实现了单位功率因数并网。     

含分布式新能源和机电混合储能接入的微网协调控制策略北大核心CSCD

含分布式光伏等新能源接入的微网作为大电网的补充目前应用日趋广泛,但是随着新能源在微网系统中的占比比例不断增加,其出力的波动直接影响到微电网系统整体的稳定性。飞轮储能属于功率型储能系统,能够适应短时高频次充放电,相比于超级电容系统其环境适应性更好且全寿命周期内无污染。飞轮与电池储能系统相结合能够平滑分布式新能源出力波动,提升微网系统稳定性,但是飞轮储能和电池储能运行特性差别较大,控制难度较高,目前在微网系统内应用较少。本文设计了一种含分布式光伏、电池/飞轮机电混合储能系统接入的交直流混合微网运行拓扑,并在此基础上提出了基于电池/飞轮机电混合储能系统的微网系统协调控制策略,根据飞轮和电池剩余容量的不同,将混合储能系统划分为不同状态,以此为依据同时考虑不同类型储能系统输出额定功率和分布式新能源功率波动大小,对飞轮和电池的充放电电流进行调节,从而减小由于新能源接入引起的微网内功率波动。本文基于MATLAB/Simulink环境搭建了基于交直流混合母线的微网系统,仿真结果验证了所提微网协调控制策略的有效性。     

一种混合储能微电网离并网控制技术研究

微电网并网功率或本地负载突变时系统稳定性变差,文章采用超级电容和蓄电池混合储能提高系统稳定性。直流侧采用低通滤波为超级电容和蓄电池充放电的控制策略来稳定直流母线电压;交流侧采用离并网控制策略以保证逆变器平滑无冲击的离并网,使逆变器在并网运行时能够按照电网指令产生相应的有功功率和无功功率,孤岛运行时则可以保证电压质量且满足本地负载的功率需求。通过搭建硬件平台对以上策略进行了测试和验证。实验结果表明,文章方法能够有效提高系统的稳定性。     

面向配电网优化的混合储能系统控制策略

文章提出一种面向配电网优化运行的混合储能系统控制策略。首先建立光伏-混合储能系统柔性并网模型,针对配电网"源-网"经济运行和节点电压优化目标,提出光伏-混合储能系统参与配电网优化运行策略,获得混合储能最优目标功率;然后根据荷电状态及其充放电状态,提出混合储能多目标分频和内部能量协调控制策略,合理分配蓄电池和超级电容器的充放电功率。仿真结果表明,该策略不仅可以有效实现配电网经济运行和节点电压越限治理,而且能够充分发挥不同储能介质的技术特性,延长混合储能系统的运行寿命。     

互补储能技术及其控制策略

储能单元作为可再生能源发电系统中必不可少的组成部分,在抑制功率波动性方面起着重要作用。针对单一储能系统功率或能量上存在的缺陷,根据蓄电池储能系统和超级电容储能系统在能量和功率上的优势,结合二者互补性,提出了面向可再生能源发电系统的互补储能技术,建立了蓄电池—超级电容器互补储能系统,并针对给定发电计划下的功率波动,给出了基于浮动平均法的控制策略。通过相应的实例分析,验证了模型和算法的有效性。     

计及混合储能荷电状态的光伏直流微网功率分配策略

针对光伏直流微电网中光伏出力和负荷投切产生的功率波动,将锂电池和超级电容器构成的混合储能系统（hybrid energy storage system,HESS）运用在直流微网中可以平抑系统功率波动和稳定直流母线电压。在考虑超级电容荷电状态（SOC）的二次功率分配的基础上,提出一种基于光伏单元,混合储能系统和负荷三者协调运行的控制模式。根据光伏电池出力情况和负载消耗功率的关系以及各储能单元间SOC的不同,将光伏直流微电网分为4种运行模式,实时调节各储能单元的出力情况,使系统各微源间的功率达到动态平衡。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了一个含混合储能系统的光伏直流微网仿真模型,结果表明所提控制策略既能稳定运行在各种工作模式,又能保证直流微网系统稳定可靠运行的前提下优化各微源间的出力,验证了该控制策略的有效性和准确性。     

一种并网型风光互补发电系统的建模与仿真

分析了风光互补发电系统的技术优势,设计了基于固态变压器结构的并网型风光互补发电系统。分别建立了光伏系统,风力发电系统,超级电容和蓄电池的模型,并分析各环节的控制策略,提出了基于平均功率的储能设备容量配置方法。仿真结果表明,该系统能模拟风光互补系统在不同模式下的运行特性,可以有效降低功率波动和维持电压稳定,并能在低光照强度、低风速等情况下为系统提供短时能量支撑。     

含多微源的微网并网控制运行特性研究

文章以永磁同步风力发电机、光伏发电系统、蓄电池储能系统建立了混合微网结构模型。为了充分发挥各微源的优势并保证微网的供电质量,对各微源控制器采用不同控制策略进行。对风力发电系统采用改进PQ控制、光伏发电DC/DC变换器进行最大功率跟踪法控制以及蓄电池采用定直流电压控制来维持直流母线电压。文章基于PSCAD/EMTDC软件对系统不同运行工况进行仿真,结果表明控制策略具有正确性及可行性。     

极端工况下微网电压稳定控制策略研究

为了抑制极端工况下的电压跌落,从超级电容与蓄电池相互配合的角度出发,通过精确控制超级电容电压的方式,在不增加电容值的同时提高系统的功率裕度,从而降低在极端工况下电压跌落。在PSCAD/EMTDC建立了基于超级电容和蓄电池储能的微电网模型,仿真结果表明,所提控制策略可以有效缓解微电网在重负载下的电压跌落,电压落幅度减小13.7%。