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.     

基于电流前馈控制的小电容链式储能系统

级联H桥链式结构可有效解决中低压储能系统运行和管理问题,而链式储能系统各子模块输出功率含有低频波动电压,因此工程上多采用大电容以降低电容波动电压,避免设备过电压.本文提出了一种适用于具有双向DC-DC链式储能系统的电流前馈控制法,通过前级DC-DC变换器产生二倍频波动功率输出,降低链式结构模块电容二倍频功率分量,从而可减少直流电容电压波动,大幅降低电容容值.本文详述了电流前馈控制实现机理,并通过实验有效验证了所提方法的有效性.     

用于电池储能系统的级联式电力电子变压器均衡及协调控制

针对用于电池储能系统的级联式电力电子变压器,提出基于混合脉宽多电平调制的电池均衡及协调控制策略。级联H桥采用混合脉宽调制可实现子模块功率双向独立调节,该策略利用这一特性对各电池单元进行差异化充放电及荷电状态均衡控制,同时保证系统总功率指令要求及网侧低谐波。为抑制混合脉宽调制时各H桥开关函数非线性时变及网侧功率指令变化引起的直流链电压波动,将整流级开关函数及功率指令作为前馈,提出了隔离双向DC/DC变换器的直流链电压协调控制方法。仿真和实验结果表明,所提控制策略可实现电池荷电状态曲线快速收敛及均衡、双向功率高性能控制以及直流链电压纹波有效抑制。     

基于MMC的海上风电场柔性直流输电变流器仿真

针对海上风电场柔性直流输电变流器所采用的拓扑结构及控制方式进行了详细研究,主电路采用一种新型模块化级联多电平变流器结构,建立该结构的等效数学模型;根据变流器各相桥臂子模块电容电压对其进行排序,再结合桥臂电流方向及排序结果确定各模块状态,从而保证同一桥臂内各模块电容电压瞬时值相等;控制系统采用双闭环矢量控制方式,两端变流...     

基于退役电池的直挂母线式储能系统研究

受DC-DC模块和电池管理系统成本及其容量的限制,传统储能系统在直流配电网中的应用受限.本文提出一种基于退役电池搭建的直挂母线式储能系统,该储能系统可以随着直流配电网电压波动,以投退不同电池组模块的方式来调节储能电池的出口电压,实现储能电池充放电的目的.最后,利用Matlab/Simulink仿真和搭建的直挂母线式储能系统验证了直流配电网系统电压突变时,储能电池组可以通过投退各电池组模块的方式实现储能电池组的充放电功能.     

应用于混合储能的组合级联式多端口变流器拓扑结构研究

针对光伏等可再生能源发电的间歇性和功率波动问题,提出一种新型的用于混合储能的组合级联式隔离型多端口变流器拓扑结构及其控制策略。该装置由蓄电池组、超级电容器组、多端口隔离半桥DC/DC变换器和级联式H桥DC/AC变换器组合而成。首先对该拓扑的工作原理进行了分析;然后结合相应的控制策略,通过滑动平均滤波算法将外界给定目标功率指令在各储能单元之间进行合理分配,并在PLECS上搭建了基于该装置的光伏电站并网模型进行仿真;最后,结合仿真结果和实际工程案例对该装置可带来的经济效益进行了定量分析。结果表明,所提出的混合储能拓扑结构可有效结合超级电容器功率密度高、响应速度快,和蓄电池能量密度高、适用于平抑长周期缓慢功率波动的特点,提高了间歇式电源并网运行的电能质量和可调度性,同时避免了蓄电池频繁充放电,显著延长了电池使用寿命。该装置可用于基于蓄电池-超级电容器混合储能(BSHES)的大功率储能电站,实现平滑可再生能源发电输出功率波动和微电网中的调频调压功能,模块集成度高,可实现模块化生产,具有广阔的应用前景。     

级联型STATCOM直流侧电压均衡控制策略研究

近年来,级联型静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)的应用愈来广泛,保证STATCOM中各H桥子模块单元的直流侧电压均衡是维持整个系统稳定运行的基本前提。本文针对级联型STATCOM的直流侧电压均衡控制问题,首先简要介绍了级联型STATCOM的基本原理;然后,提出一种改进排序均压控制策略,其在传统排序机制的基础上引入H桥子模块状态反馈控制,在保证各H桥子模块单元电容电压合理的波动范围内,明显减小了其开关器件的动作次数,进而降低了各H桥子模块的开关损耗和延长了其使用寿命。最后,通过仿真和实验对该控制策略的有效性进行了验证。     

SVG机间谐波交互对子模块直流电压的影响分析与抑制方法EI北大核心CSCD

为确保风电区域网内动态无功合理分布和电压达标,大量静止无功发生器(static var generator,SVG)被接入风场和风场汇流站,但由于SVG机间交互作用导致的设备负交互问题也开始显现。针对此类问题,首先分析H桥级联型SVG双机拓扑结构,针对双机载波异步条件下产生的机间高次谐波电压差进行数学推导,研究高次谐波环流对SVG内H桥子模块电容直流电压动态稳定性的影响。通过对各H桥子模块电容吸收有功功率差异的推导分析,发现非特征谐波与H桥子模块直流电压失衡之间的内在联系,指出当谐波环流导致非特征次谐波越限时,将会引发各H桥模块直流电压不平衡,并且提出一种直流电压均衡控制策略来解决SVG直流电压失衡的问题,实现各H桥子模块直流电压稳定,最后通过仿真验证了理论分析和所提控制策略的正确性。     

SVG机间谐波交互对子模块直流电压的影响分析与抑制方法

为确保风电区域网内动态无功合理分布和电压达标,大量静止无功发生器(static var generator,SVG)被接入风场和风场汇流站,但由于SVG机间交互作用导致的设备负交互问题也开始显现。针对此类问题,首先分析H桥级联型SVG双机拓扑结构,针对双机载波异步条件下产生的机间高次谐波电压差进行数学推导,研究高次谐波环流对SVG内H桥子模块电容直流电压动态稳定性的影响。通过对各H桥子模块电容吸收有功功率差异的推导分析,发现非特征谐波与H桥子模块直流电压失衡之间的内在联系,指出当谐波环流导致非特征次谐波越限时,将会引发各H桥模块直流电压不平衡,并且提出一种直流电压均衡控制策略来解决SVG直流电压失衡的问题,实现各H桥子模块直流电压稳定,最后通过仿真验证了理论分析和所提控制策略的正确性。     

H桥级联STATCOM直流侧电压控制新方法

针对H桥级联静止同步补偿器(STATCOM)各模块不一致工作状态下容易导致直流侧电压不平衡的问题,提出了一种新的直流侧电压分级控制方法。分析H桥模块(HBI)级联电平叠加方式,建立起H桥级联STATCOM动态工作特性及电流内环前馈解耦控制策略的数学模型,深入研究了H桥级联STATCOM与电力系统的功率交换机理和正负序电流的特征,在此基础上,运用正序电流控制STATCOM总体电压平衡、负序电流实现STATCOM各相变流电路直流侧间的电压平衡控制,通过调节HBI的交流输出电压幅值和与电流的相位差使各HBI直流侧电容电压维持在设定值。仿真结果验证了所提方法的可行性与正确性。     

高压直挂储能功率变换技术与世界首例应用

从拓扑、控制、设计、实验验证到工程应用,全面论证与评估无变压器直挂电网的链式储能功率变换关键技术问题。提出应对电网电压不平衡、模块故障以及相间电池组均衡的统一零序电压算法及综合集成控制策略,探讨模块间共模电流抑制及电池侧二次脉动电流的平抑问题,研发3相、每相20链节的低压模拟样机,对控制策略进行了全面验证。提出链式储能功率变换系统的优化设计方法,设计并研发了10kV/2MW/2MW×h的大容量链式储能功率变换系统,在国家863计划的支持下,于2014年在深圳宝清储能电站进行了世界首例工程示范应用,目前已经安全运行4年,积累了丰富的运行数据与经验,为链式储能功率变换技术的推广应用奠定了基础。     

高压大容量储能功率转换系统的拓扑结构比较

高压大容量储能功率转换系统的主电路是储能电池进行充放电控制的基础,选择合理的功率转换系统主电路拓扑结构直接关系到高压大容量储能系统实际应用的可行性。分析变压器升压型变流器并联结构、H桥链式多电平变流器、全(半)桥模块化多电平变流器的单级式与双级式主电路拓扑结构,对比上述拓扑结构的材料成本、工作可靠性、材料功率损耗和输出电能质量。基于数学模型与仿真分析综合比较单位容量投资成本、工作可靠性、系统损耗和输出电能质量,结果显示H桥链式多电平变流器和半桥模块化多电平变流器更适合构建10 kV兆瓦级高压大容量储能功率转换系统。     

链式电池储能系统的荷电状态复合均衡控制策略

针对链式电池储能系统相间荷电状态(SOC)不均衡问题,在详细分析链式储能系统功率模型的基础上,提出了一种结合零序电压和负序电压注入的新型复合SOC均衡控制策略。此控制策略兼顾了储能装置的输出性能、相间SOC均衡能力和电能质量,均衡过程能够实现平滑过渡,对系统无扰动。实验样机的运行结果证明了所提控制策略的正确性和有效性。     

基于前馈自抗扰控制方法的蓄电池储能控制策略

针对光储微电网系统中蓄电池储能存在抗干扰能力较弱、直流母线电压波动较大、充放电有效性差等问题,提出了基于前馈线性自抗扰控制(FF-LADRC)方法的蓄电池储能控制策略。建立双向DC-DC变换器数学模型,并在传统蓄电池双闭环储能控制的研究基础上,通过在电压环和电流环中分别引入LADRC,并且在电压环中加入前馈控制,从而完善了双闭环控制策略,以实现对蓄电池储能系统中充放电过程进行有效控制。仿真结果表明,所提基于FF-LADRC方法的蓄电池储能控制策略能够抑制直流母线电压波动,并且有效提高蓄电池储能系统的充放电性能和降低储能系统超调量。     

电池组用荷电状态均衡充电模糊控制策略

研究了一种电动汽车用磷酸铁锂动力电池组分布式主动均衡充电系统。该系统给单体电池分别配备了反激变换器均衡充电子模块和电池管理子模块,通过嵌入自适应卡尔曼滤波算法到电池管理均衡控制单元,完成单体电池荷电状态的实时估计。利用模糊控制策略,调节各均衡充电子模块的输出电流;与平均法均衡控制策略相比,使用的模糊控制策略能明显缩短均衡时间,降低电池组之间的不一致性。为验证所研究的均衡充电控制策略,对48 V/140 Ah磷酸铁锂动力电池组展开了充电模式下的系统均衡实验,实验结果验证了控制策略的有效性。     

中压链式梯次储能系统的电池组均衡控制策略

针对中压链式梯次储能系统电池模块串并联数量受限及梯次电池筛选重组成本高等问题,提出了一种电池组接入方式及涉及簇间均衡、箱间均衡、箱内均衡的电池组均衡控制策略,有效降低了退运动力电池梯次储能应用的难度,同时延长了梯次利用储能电池组的使用寿命,具有均衡效果明显、应用范围广的特点。搭建了仿真平台和实验平台,验证了该均衡控制策略的可行性及在中压链式储能系统中应用的可靠性。     

大容量链式电池储能系统及其充放电均衡控制

为实现高母线电压、大容量的城网储能.结合链式DC/AC变流器拓扑及多重化双向DC/DC变流技术,提出一种适合于大容量、多储能模块的电池储能系统结构.该储能系统可以不通过升压变压器直接接入10 kV以上电压等级母线,并可在较低开关频率下达到良好的输出谐波特性;系统中每个串联单元的直流电压可在电池组端电压的基础上进一步提高...     

基于Buck-Boost电路的能量转移型均衡方案

提出了一种基于Buck-Boost电路的新型均衡电路,实现了锂离子串联电池组充放电均衡。根据均衡能量流向,采取两种不同的均衡策略:电池组放电时,均衡能量由电池组向组内荷电状态(state of charge,SOC)较低的单体电池转移;电池组充电时,均衡能量由电池组中SOC较高的单体电池向电池组转移。以单体电池开路电压在线估计为基础,运用开路电压法估算SOC,选取SOC值在一定阈值范围之外的单体电池作为均衡对象,对6节串联的磷酸铁锂电池进行了充放电均衡实验。实验结果表明,该方案可以有效减小单体电池间的不一致性,提升电池组的整体性,同时提高了电池组充放电容量。