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.     

基于混合储能的光伏微电网协调控制策略

为了解决光伏发电和负载的随机性、间接性造成的直流母线电压波动和系统稳定运行的问题,依据光储直流微电网系统内各变换器的控制策略将系统内运行分为六种工作模式使各变换器协调运行,通过直流母线电压值和储 能模块的SOC (StateofCharge)实现各变换器工作模式的平滑切换,保证系统的稳定运行;利用超级电容和蓄电池组成混合储能模块,用超级电容电流环补偿蓄电池电流环误差,提高系统的动态响应速度.仿真验证了该控制策略的有效性.     

双极性直流微电网混合储能系统协调控制策略

为了稳定双极性直流微电网中由于分布式电源和负荷接入导致的功率波动,提出一种适用于双极性直流微电网的混合储能系统(HESS)控制策略。首先,根据双极性直流母线特点,设计了双超级电容-锂电池混合储能架构;再由双超级电容器运行状态关系,以级联控制方式协调锂电池与电压平衡器工作,分别平滑锂电池输出电流,以减少电压平衡器频繁动作次数;同时,通过整定双母线电压参考值来调整双超级电容的自适应下垂曲线。实验结果表明:锂电池和电压平衡器能够对双超级电容运行状态做出正确响应;该控制策略可将各电压等级母线电压有效维持在允许波动范围之内,且实现双母线之间的多能互补。因此,所提制策略可进一步提高双极性直流微电网的电能质量和改善系统的工作效率。     

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。     

直流微电网二次调压系统设计

母线电压恒定是直流微电网正常运行的关键。针对直流微电网下垂调压方式不能实现无差调节,双闭环调压方式不能实现各微源根据自身容量灵活调节出力、效率低的问题,整合两种调压方式设计了直流微电网二次调压系统。当微电网功率不平衡导致母线电压偏离额定值时,首先由下垂调压系统进行一次调压,将直流母线电压调节至稳定工作区;然后根据微网工作模式,孤岛模式下由钒电池(Vanadium Redox Battery,VRB)系统与锂电池储能系统配合进行二次调压,并网模式下由钒电池系统与并网变换器配合进行二次调压,将母线电压进一步调节至额定值;此时,若微网再次出现较大功率波动,系统重新回到一次下垂调压,重复上述过程。一次调压、二次调压协调配合,灵活切换,实现母线电压高效调节。该调压系统在保留下垂控制高效、灵活优点的同时,能够实现母线电压无差调节,提高了微网运行效率。仿真及实验验证了所提出调压系统的有效性和可行性。     

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。     

微电网混合储能系统充放电控制策略研究

考虑到由蓄电池和超级电容组成的混合储能系统有利于稳定微电网直流母线电压和优化充放电过程,提出了一种基于直流母线电压稳定的混合储能系统充放电控制策略。该控制策略以直流母线电压稳定为控制目标,实现混合储能系统外部功率平衡,结合超级电容的快充能力和蓄电池的续充能力,以超级电容电压和蓄电池的荷电状态为判断条件,实现混合储能系统内部功率平衡。在Matlab/Simulink环境构建孤岛模式下微电网混合储能系统模型,分析了微电网混合储能系统在负荷功率波动时的运行特性,仿真结果验证了该控制策略在稳定直流母线电压同时降低了蓄电池的充放电次数。     

含超级电容混合储能系统直流微电网功率分配策略

针对直流微电网中微电源功率输出不稳定以及负荷波动导致直流母线电压偏移问题,提出一种含超级电容和蓄电池的混合储能系统充放电控制策略。该控制策略将储能系统分为5种工作模式,控制系统根据直流母线电压值选择混合储能系统的工作模式,实现蓄电池与超级电容在充电、放电及空闲模式间自由切换,从而维持直流母线电压稳定。通过Matlab/Simulink软件搭建系统模型,仿真结果表明,采用该控制策略可使直流母线电压保持在电压偏移允许范围内。     

提高光伏微网电压稳定性的储能设备控制策略研究

储能设备及其控制策略对于保证微网电压稳定具有重要意义。针对提高光伏电源并网状态下的微网电压稳定水平与抗扰动能力,对光伏电源并网储能装置的功率协调控制策略进行研究。首先以蓄电池作为主要储能单元,通过检测光伏电池与负荷功率差确定充放电控制器Buck-Boost工作模式,使储能装置能够同时平抑光照强度与负荷变化造成的功率波动,稳定DC母线电压水平。其次,对系统能量进行协调控制管理,使光伏电池和储能装置协同工作,蓄电池与超级电容器协调出力,进一步快速维持直流母线电压稳定。通过LZ电压稳定检测指标及PSCAD平台仿真,计算储能装置停运与投运状态下的电压稳定水平,验证储能系统在双向变换器协调控制下能够有效维持交流端母线电压稳定性,达到设计目的。     

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。     

直流微电网电压等级的选择及其稳定控制策略研究

针对直流微电网电压等级的选择与确定,在已有直流标准和直流工程电压等级基础上,考虑微电网容量和供电半径,进行运行损耗计算,从而选择最优的直流母线电压等级。针对直流微电网电压稳定控制,并网运行时采用储能DC/DC变流器控制直流母线电压稳定,AC/DC逆变器控制直流微电网并网功率。孤岛运行时采用储能DC/DC变流器控制直流母线电压稳定。在PSCAD/EMTDC中搭建直流微电网仿真模型,进行不同运行模式下的电压稳定控制策略仿真验证。结果表明,所采用的电压稳定控制策略,在光伏发电功率和负荷功率波动的情况下,能很好地控制直流微电网电压稳定。     

光储直流微电网系统协调控制策略研究

为了更好地控制、管理和使用随机性较大的分布式可再生能源和需求波动较大的负载,文章对光储直流微电网系统内不同的变换器提出不同控制策略,通过不同控制策略控制变换器协调运行来保证系统的稳定运行,同时利用基于超级电容和蓄电池的互补特性设计了级联的拓扑结构组成混合储能系统,使系统稳定性进一步提高;并将系统分为多个运行模式,在所提控制策略下系统在多个模式间实现平滑稳定切换。最后对运行中出现的分布式光伏电源输出波动和负载变化情况在MATLAB/Simulink进行了仿真实验。结果表明,所提策略能有效抑制系统直流母线电压波动和优化混合储能的运行,提高了系统的可靠性和稳定性,验证了控制策略的有效性和可行性。     

Modelling and Coordinated Control of Grid Connected Photovoltaic, Wind Turbine Driven PMSG, and Energy Storage Device for a Hybrid DC/AC Microgrid

In a DC/AC microgrid system, the issues of DC bus voltage regulation and power sharing have been the subject of a significant amount of research. Integration of renewable energy into the grid involves multiple converters and these are vulnerable to perturbations caused by transient events. To enhance the flexibility and controllability of the grid connected converter (GCC), this paper proposes a common DC bus voltage maintenance and power sharing control strategy of a GCC for a DC/AC microgrid. A maximum power point tracking algorithm is employed to enhance the power delivered by the wind turbine and photovoltaic module. The proposed control strategy consists of primary and secondary aspects. In the primary layer control, the DC bus voltage is regulated by the GCC. In the secondary layer, the DC bus voltage is maintained by the energy storage device. This ensures reliable power for local loads during grid failures, while power injection to the grid is controlled by an energy management algorithm followed by reference generation of inductor current in the GCC. The proposed control strategy operates in different modes of DC voltage regulation, power injection to the grid and a hybrid operating mode. It provides wide flexible control and ensures the reliable operation of the microgrid. The proposed and conventional techniques are compared for a 15.8 kW DC/AC microgrid system using the MATLAB/Simulink environment. The simulation results demonstrate the transient behaviour of the system in different operating conditions. The proposed control technique is twice as fast in its transient response and produces less oscillation than the conventional system.     

交直流混合微电网运行控制策略研究

为解决交直流混合微电网中功率波动、交直流系统之间功率平衡、直流侧源荷比相对较大光伏利用率不高的问题,研究了交直流混合微电网并网运行时,在蓄电池的平抑作用下,直流侧光伏发电以恒定的功率通过交流侧并入大电网,提高直流侧光伏利用率。孤岛运行时,蓄电池作为平衡节点,和双向AC/DC变换器一起维持整个系统的电压、频率稳定,并实现交、直流系统之间功率平衡的控制方案。最后利用PSCAD/EMTDC软件对系统功率波动、并网运行向非计划孤岛运行切换、孤岛运行向并网运行切换进行了仿真验证,运行结果表明该控制方案能有效平抑系统功率波动,维持交直流混合微电网稳定运行。     

基于串联型分布式MPPT架构的直流微网系统无缝切换控制策略

为了提高直流微网系统中光伏单元的输出功率,以串联型分布式最大功率点跟踪(MPPT)架构代替传统的集中式MPPT架构,以光伏单元、蓄电池和负荷组成的直流微网系统为研究对象,分析了串联型分布式MPPT架构的控制策略。在不增加通信电路的前提下,提出了一种从MPPT模式到稳压降功率模式的无缝切换控制方法;为了保证直流母线电压稳定、串联型分布式MPPT架构安全运行以及延长蓄电池寿命,设计了直流微网系统的工况与能量管理控制策略。通过MATLAB/Simulink仿真分析表明:在环境失配情况下,采用串联型分布式MPPT架构可以大幅提升光伏单元的输出功率;所提控制方法可以有效地完成模式之间的无缝切换;所设计的系统能量管理控制策略可以良好地协调各单元运行,实现系统安全、稳定、高效运行。     

直流微网系统的多模态运行控制

详细分析了系统处于并网和孤岛模式的运行情况,归纳设计了系统的9种工作模态,并针对每一种工作模态提出基于本地信息的系统整体协调控制策略,来协调光伏接口、储能接口及网侧接口的工作方式,旨在保证直流母线电压维持恒定,确保对电压变化敏感的重要负荷(如恒功率负载)的可靠供电和系统的能量平衡及稳定运行。根据电网状态、分布式电源输出功率与负载需求关系、蓄电池荷电状态等本地信息,决定系统的工作模态及模态间切换,所提控制策略有效维持了直流母线电压的恒定,实现了直流微网系统的运营可靠性。最后利用Matlab/Simulink进行仿真研究,结果验证了所提方案的有效性。     

基于功率补偿量及下垂系数衰减的直流微电网并网转离网无缝切换控制策略

无缝切换控制策略是保证直流微电网稳定可靠运行的关键。针对传统并网转离网切换控制方法存在母线电压恢复慢、电能质量较差的问题,提出一种基于功率补偿量及下垂系数衰减的直流微电网并网转离网无缝切换控制策略。孤岛检测期间,并网变流器工作在电压控制模式,储能变流器(Energy Storage Converter, ESC)工作在下垂控制模式。通过建模分析,证明采用下垂控制时孤岛检测期间直流母线电压是可控的,由此得到下垂系数选择方法。孤岛检测完成后,以固定函数衰减ESC功率补偿量和下垂系数,实现ESC下垂控制和定电压控制的无缝切换,防止因ESC控制模式的突变而引起直流母线电压波动和ESC电流冲击。讨论了衰减函数的选择方法。仿真结果表明,所提无缝切换控制策略能够有效解决孤岛检测期间直流母线电压不可控的问题,抑制孤岛检测完成后因ESC模式切换时所产生的电流冲击。     

计及光储荷特性的直流微网低压穿越控制策略

针对并网运行的直流微网低电压穿越问题,分析了光储荷直流微网系统构成及运行原理,得出了直流母线电压解析表达式。基于不同电压跌落幅度及变流器最大承载电流限制,提出了一种计及光储荷特性的母线电压分层协调控制策略,依据母线电压波动幅度和微网功率状态,综合调整各单元运行模式来实现系统低电压穿越,提升了系统低电压穿越期间功率平衡及直流母线电压稳定水平。最后通过MATLAB/Simulink平台搭建仿真实例,验证了所提低电压穿越控制策略的可行性和对直流母线电压更好的控制效果。     

Research on power control strategy ofhousehold-level electric power routerbased on hybrid energy storage droopcontrol

In the light of user-side energy power control requirements, a power control strategy for a household-level EPR based on HES droop control is proposed, focusing on the on-grid, off-grid and seamless switching process. The system operating states are divided based on the DC bus voltage information with one converter used as a slack terminal to stabilize the DC bus voltage and the other converters as power terminals. In the on-grid mode, the GCC and the HES are used as the main control unit to achieve on-grid stable operation, whereas in the off-grid mode, the PV, HES and LC are used as the main control unit at different voltages to achieve stable operation of the island network. Finally, a DC MG system based on a household-level EPR is developed using the PSCAD / EMTDC simulation platform and the results show that the control strategy can effectively adjust the output of each subunit and maintain the stability of the DC bus voltage.