考虑环境温度的磷酸铁锂电池SOC实时修正及频率控制方法

配置储能系统是解决新能源机组并网对电网产生冲击,保证系统安全可靠运行的有效手段。温度会对磷酸铁锂(LFP)电池的电性能产生显著的影响,从而影响储能参与电网调频过程中的实际充放电情况。该文重点分析温度对LFP电池荷电状态(SOC)的影响,首先展开温度对LFP电池实际容量、充放电效率等电池特性的影响机理研究,结合设备厂商给出的实际测试数据,提出基于环境温度的LFP电池模型参数修正方法;然后研究储能系统考虑校正SOC的时变下垂控制方法,提供快速频率支撑;最后在改进的IEEE 13节点微电网上验证了考虑环境因素后,能更准确地估计储能的SOC状态,提高了电力系统频率控制可靠性。

考虑SOC均衡的储能电站一次调频协同控制方法

针对多个储能电站参与一次调频的稳定运行问题,提出一种考虑荷电状态(SOC)均衡需求的储能电站协同调频控制策略。首先,建立含多个储能电站的区域电网调频控制模型,并分析储能电站参与一次调频的基本控制规律。其次,根据系统调频动作区和死区内的净功率变化,对不同工作阶段区间调频功率与SOC均衡功率的互补耦合特性进行分析,论证储能SOC均衡控制与调频需求协同响应的可行性,在此基础上设计储能的协同调频控制策略,并给出关键控制参数的设计方法。本文方法在改善分布式储能电站调频效果的同时,减小了储能电站SOC越限风险,使得其频率支撑能力更加稳定。最后,搭建典型区域电网模型,结合不同频率波动工况进行仿真验证,结果表明所提控制策略可以有效改善频率质量,在不增加系统调频负担的前提下实现多个储能电站的荷电状态均衡。

基于SOC均衡的分布式电池储能系统协同控制策略

研究分布式电池储能系统的优化控制方法以及电池荷电状态(SOC)均衡策略,提出基于SOC均衡的协同控制策略。利用多智能体系统(MAS)理论,实现电池储能系统的协同控制,并采用多智能体分布式算法,实现功率指令的自适应分配,进而实现SOC动态均衡。针对传统多智能体算法收敛速度较慢的问题,提出一种基于模型预测控制(MPC)的分布式算法,利用MPC对传统多智能体算法进行优化,提高收敛速度。最后利用实际储能功率数据进行仿真,验证了所提策略的有效性和算法在收敛速度上的优势。

基于改进型一致性算法的储能SOC均衡控制方法

针对光伏、风机等具有不受控性和波动性的分布式发电系统(DGS)大规模并入电网造成的储能单元出力不均匀和荷电状态(SOC)不均衡的问题,基于多代理系统提出了一种基于梯度补偿的改进型一致性算法。将DGS、退役动力电池储能系统(DPBESS)和电网共同组建成多代理微电网系统。在改进一致性算法基础上设计了SOC均衡控制方法,加快了无中心控制器的储能系统SOC均衡速度,保证了微电网内能量的供需平衡。通过仿真验证了所提控制方法的有效性。

考虑荷电状态一致性的分布式储能电站一次调频控制策略

随着可再生能源比例增加,电网新建储能电站成为提升系统频率稳定性的重要手段。针对电网中分布式储能电站(distributedenergystoragestations,DESS)参与一次调频面临的荷电状态均衡问题,提出了一种考虑荷电状态(state of charge,SOC)一致性的DESS协同控制策略。首先,构建了含分布式储能电站的区域电网调频模型,分析了传统调频控制方法的特点,并讨论了储能在高渗透率新能源电网中的调频及一致性控制需求;其次,分析了电网调频需求与DESS的SOC一致性调整需求之间的耦合关系,设计了基于一致性原理的SOC分布式控制策略,进而构建了兼顾两种需求的DESS一次调频协同控制方法,详细分析了关键控制参数的设计原则与取值方法。最后,搭建典型区域电网模型,结合不同频率波动工况进行了仿真验证,结果表明:所提控制策略可以有效改善电网频率质量,在不增加系统调频负担的前提下实现多个储能电站的SOC一致性调节,减小了DESS集群的SOC越限风险,增强了其聚合控制效果。

分布式储能变调节因子SOC下垂控制及功率调节

在传统指数型荷电状态(SOC)下垂控制策略基础上进行改进,提出一种变调节因子SOC下垂控制策略,通过在不同阶段改变调节因子n的值,在保证系统收敛性的前提下,提高功率响应速度,从而解决传统SOC下垂控制中功率响应速度和收敛速度的不可兼顾性问题。最后搭建由2台储能模块(ESM)构成的分布式储能仿真平台和实验平台,验证了所提出SOC下垂控制策略在功率均衡速度上的优势。

基于SOC反馈调节的储能平抑光伏功率应用

储能系统对平抑光伏功率波动具有重要的作用。采用蓄电池与超级电容器混合储能,并根据蓄电池与超级电容器性能特点的不同,提出了基于低通滤波的混合储能协调控制方案及平抑光伏功率波动的控制策略。为防止蓄电池过度充放电,提出了SOC反馈调节蓄电池充放电滤波参数的方案,在保证混合储能能够平抑光伏功率的同时,延长蓄电池的使用寿命。实验表明,当光伏功率增加或突降时,混合储能可及时调整输出功率,补偿光伏功率缺额;当蓄电池SOC过高时,蓄电池可减少出力,防止蓄电池过充。实验验证了所提策略的可行性。

基于事件驱动的液流电池控制系统实现方式

液流电池具有充放电循环次数大、容量高及寿命长等优点,是长时大规模储能的理想选择,但是其复杂的结构对电池控制系统的要求较高,传统开发方式难以满足其多样的控制需求,因此提出精准度更高、实时性更好的基于事件驱动技术的液流电池控制系统开发方法。首先针对液流电池稳定性需求高、内部损耗大等问题,提出了主/辅助电堆协同架构,并对该架构系统进行建模分析;然后基于事件驱动技术对控制系统进行模块化设计,包括柔性充放电控制、辅助电堆参与的黑启动控制、基于卡尔曼滤波的电池荷电状态(state of charge,SOC)估计等;最后搭建半实物仿真平台,对所提架构和策略进行验证,证明了该架构和策略能提高系统的能量转换效率和稳定性。

动力锂离子电池组均衡策略研究

为了有效减小串联锂离子电池组在使用过程中的不一致性,提出一种使用Cuk均衡器结合双层选择开关的新型均衡拓扑,该拓扑能够快速地实现任意单体间的能量传递,提高均衡速度。根据开路电压OCV(open circuit voltage)-荷电状态SOC(state-of-charge)曲线的特性,采取分段式均衡,将电压和SOC作为均衡变量,并设计模糊逻辑控制FLC(fuzzy logic control)算法动态调节均衡电流,以减少均衡时间和能量损耗。使用Matlab/Simulink软件进行模型搭建并仿真,实验结果表明,所提出的能量传递拓扑比传统Cuk电路在相邻单体间能量传递的拓扑要节省22.17%的均衡时间。此外,与均值差分算法相比,使用FLC算法在静置和充放电条件下,提高了30%以上的时间效率和约11%的能量效率。验证了该均衡方案的可行性。

计及多点电池储能系统的电网二次调频协同控制

在“碳达峰•碳中和”国家能源战略变革背景下,大规模可再生能源的加速并网加剧了电力系统对于快速调频资源需求的迫切性,如何充分发挥以电池储能系统(battery energy storage systems,BESS)为代表的新型快速资源在电网调频中的作用是解决该问题的关键。首先,为满足电网各类型调频资源在自动发电控制(automatic generation control,AGC)系统中的接入监视与分类决策需求,提出“域-群-机”三级控制模型架构;然后,从BESS的荷电状态(state of charge,SOC)主动管理出发,提出基于改进的动态调频容量(dynamic available AGC,DAA)的多元集群协同控制策略,以及引入SOC影响因子的多点BESS功率分配策略;最后,结合实际电网的持续扰动工况及模拟跳机扰动工况进行仿真分析,验证了文中所提控制策略的有效性。文中所提策略不但可以显著改善各单点BESS的SOC一致性,而且能够提升电网调频品质。

直流微网储能系统SoC均衡及电压恢复

针对传统下垂控制无法均衡储能单元SoC及母线电压跌落问题,提出了一种带有母线电压恢复的荷电状态(SoC)均衡控制方法。根据电池组SoC的不同,改变不同储能单元输出电流,实现负荷功率的动态分配,最终达到SoC均衡的目的。在传统下垂控制的基础上增加SoC控制环节和直流母线电压补偿环节,可以在无通信的情况下均衡各储能单元SoC,同时相比于调整下垂系数,对系统稳定性影响较小。最后,通过仿真和试验验证了所提方法的有效性。

Fuzzy Droop Control for SOC Balance and Stability Analysis of DC Microgrid with Distributed Energy Storage Systems

The unbalanced state of charge(SOC)of distributed energy storage systems(DESSs)in autonomous DC microgrid causes energy storage units(ESUs)to terminate operation due to overcharge or overdischarge,which severely affects the power quality.In this paper,a fuzzy droop control for SOC balance and stability analysis of DC microgrid with DESSs is proposed to achieve SOC balance in ESUs while maintaining a stable DC bus voltage.First,the charge and discharge modes of ESUs are determined based on the power supply requirements of the DC microgrid.One-dimensional fuzzy logic is then applied to establish the relationship between SOC and the droop coefficient R,in the aforementioned two modes.In addition,when integrated with voltage-current double closed-loop control,SOC balance in different ESUs is realized.To improve the balance speed and precision,an exponential acceleration factor is added to the input variable of the fuzzy controller.Finally,based on the average model of converter,the system-level stability of microgrid is analyzed.MATLAB/Simulink simulation results verify the effectiveness and rationality of the proposed method.

基于参数分层辨识的RMA-UKF算法SOC估计

针对荷电状态(SOC)估计时模型参数抗干扰性差及噪声干扰下全生命周期SOC适应性差的问题,在建立二阶RC等效模型的基础上,提出参数分层辨识架构,以提高辨识精度。在获得精确模型参数的基础上,利用鲁棒似然估计的自适应无迹卡尔曼滤波(RMA-UKF)算法进行SOC在线估计,用修正因子修正噪声协方差矩阵的权重,改善全生命周期SOC适应性差的问题。模拟不同实车道路工况,利用实时系统对噪声干扰下的SOC估计算法,实现快速控制原型(RCP)在线验证。在附加噪声干扰情况下,RMA-UKF算法的SOC估计误差约为1%,与传统UKF算法相比精度更高、收敛性较快。

考虑SOC自均衡的直流微电网协调控制策略研究

针对独立运行的直流微电网,提出了一种多模式协调控制策略。首先,针对母线电压受负荷变化影响存在的闪变问题,设计了一种直流微电网多模式切换控制算法,该算法可根据母线电压的变化,实现系统工作模式的自适应切换,达到稳定母线电压的目的;其次,为了避免储能单元(energy storage unit,ESU)过度放电和深度充电,储能系统(energy storage system,ESS)采用改进下垂控制,在充放电过程中,均可使荷电状态(state of charge,SOC)趋于均衡;最后,仿真结果表明所提控制策略在保证SOC快速均衡的前提下,可减小母线电压偏差,维持独立直流微电网的稳定运行,从而验证了所提控制策略的有效性。

燃料电池船舶复合供能系统控制策略设计与仿真

针对燃料电池船舶复合供能系统中的燃料电池功率波动问题和储能单元电池荷电状态(State of Charge, SOC)极端分化问题,依据系统拓扑结构,提出基于负载功率频率分解与模糊逻辑控制法相结合的复合供能系统控制策略设计。采用实例仿真验证该设计的优势。结果表明,该设计可有效保持燃料电池输出功率平滑,对储能单元SOC具有良好的均衡控制效果。

锂离子电池在数据中心的安全应用

介绍锂离子电池(以下简称“锂电池”)的工作原理及其在数据中心应用的优势和局限性;阐述国家标准和团体标准针对锂电池在数据中心应用的消防安全隐患提出的相关要求;分析数据中心UPS系统应用铅酸电池与锂电池的特性差异、UPS配合铅酸电池与配合锂电池在电池管理方面的差异,以及UPS备用锂电池与电化学储能的区别;总结锂电池在数据中心安全应用的前景和挑战,并展望未来的研究方向。

考虑储能SOC的微网接口变流器VSG协同控制

储能系统是微电网的重要组成部分,而保证储能系统的荷电状态(SOC)良好则是储能系统乃至整个微网安全高效运行的技术关键。文中提出了一种基于虚拟同步机(VSG)控制的交直流混合微网接口变流器与储能SOC协同控制策略,用以提高混合微网的频率、功率稳定性和系统内各储能SOC的分配合理性。首先对交直流微网两侧分布式电源的下垂控制方式及子网特性进行了分析,之后基于此特性提出了应用于接口变流器的VSG控制策略提高了系统频率功率稳定性,并且在功率分配环节中加入储能系统SOC控制策略,使各子网间储能SOC状态达到平衡,优化储能系统状态。最后利用Matlab/Simulink搭建了交直流混合微网模型对文中提出的算法进行了有效性验证。

大功率模块化储能系统SOC优化均衡控制

针对大功率模块化储能系统中储能模块数量庞大而导致的储能电池SOC不均衡问题,提出了一种基于反步法的储能模块SOC优化控制方法,实现了储能电池工作时SOC的一致性。首先根据大功率模块化储能系统和储能模块拓扑结构,分别建立了储能模块的SOC状态方程和输出功率状态方程。然后应用反步法推导出了使各储能模块的SOC趋近一致的优化控制率,设计了储能模块控制器。在此基础上,针对系统中每个储能模块的充电状态、放电状态和切除状态,均进行储能模块的SOC控制,使同一桥臂上偏离期望值较大的储能模块SOC值快速接近期望值,实现了各储能模块充放电过程中的SOC一致性。最后建立了大功率模块化储能仿真系统,验证了SOC均衡控制的有效性。

基于级联多电平换流器的两级式储能系统控制策略

储能技术是构建以新能源为主体的新型电力系统的关键技术和维持微网可靠稳定运行的重要保证。国内外现有理论研究及示范工程主要集中于单级式链式储能系统,功率模块与电池系统之间无源连接,结构简单但控制自由度不高。同时,针对基于链式储能的电池荷电状态(state of charge,SOC)不均衡问题,现有的相内SOC均衡控制策略存在不同负载率适应性不足、极度不均衡时可能过调制等缺点,为此,文中基于两级式链式储能系统,研究其总体控制策略,对相间、相内SOC均衡策略进行分析,并提出一种自适应的相内SOC均衡策略,详细说明均衡控制参数的设计原则。该策略能有效地改善链式储能系统在轻载、重载等不同工况下的适应性和均衡效果。最终通过仿真验证了所提控制策略的可行性和有效性,从而为工程实施提供理论储备和技术支撑。

孤网储能系统电流均分与直流母线电压稳定的控制策略

针对传统下垂控制在含分布式储能系统的孤立直流微网中难以同时实现电流均分、母线电压稳定及充放电一致性3个方面整体要求的问题,对传统下垂控制进行改进。综合考虑3个维度,提出基于自适应虚拟阻抗与前馈补偿的模糊下垂控制策略。针对3个指标,分别提出基于自适应虚拟阻抗的电流均分控制、基于前馈补偿的电压稳定控制和基于模糊机制的储能荷电状态均衡控制。最后,在Matlab/Simulink平台构建光储荷孤网仿真模型,综合模拟了系统不同工况下的运行情况,结果验证了所提策略的有效性和可靠性。