模块化多电平电池储能系统功率控制与均衡策略研究

大量可再生能源接入电网会影响电网的稳定性和电能质量。电池储能系统作为可再生能源与电网间传递电能的接口,具有平抑功率波动、调频调压、提高电网运行稳定性的作用。基于模块化多电平变流器(modular multi-level converter,MMC)的电池储能系统(battery energy storage system,BESS)有利于削弱电池不一致性所引起的短板效应,通过功率控制实现电池模块间的均衡。该文分析了MMCBESS的拓扑结构;针对MMC-BESS的直流侧、交流侧建立数学模型,通过控制能量的流动,提出一种对直流侧和交流侧的功率控制策略,以解决相间SOC均衡、桥臂SOC均衡、子模块间SOC均衡的问题,避免电池过充、过放,提高电池利用率;通过仿真模型验证了所提控制策略的有效性。

电池储能系统均衡方法研究综述

电池储能系统具有调节速度快、布置灵活、建设周期短等特点,在包含高比例可再生新能源的新型电力系统中发挥重要作用。电池储能系统的显著特点是单体数量众多,各单体间不可避免的一致性差异将对其能量利用率、循环寿命、安全性产生严重影响。该文对电池储能系统均衡方法进行了综述。首先,分析了串并联电池组的特点及均衡的必要性;其次,重点评析了不同类型均衡变量、均衡拓扑、均衡控制方法所具备的特点,通过详细对比研究,表明各自的发展趋势;最后,对电池储能系统主动均衡方法进一步的研究方向进行了展望。该文旨在为未来进一步开展电池储能系统主动均衡方法的研究提供参考。

基于MMC的超级电容与蓄电池混合储能系统及其混合同步控制策略

为满足储能系统提供惯量和一次调频支撑功能需要对多类型储能介质集中配置和优化调控的需求,针对基于模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter,MMC)的新型混合储能系统(hybrid energy storage system,HESS)MMC-HESS,提出了混合同步控制(hybrid synchronous control,HSC)整体策略。MMCHESS采用模块化设计,将超级电容和蓄电池分别安置在高压直流母线侧和子模块内,具备高功率密度和高能量密度的优势。阐述了混合储能系统的拓扑结构和工作原理并采用混合同步控制策略提供系统惯量和一次调频功能及故障限流时的同步能力和孤岛并网切换功能,采用滤波器实现储能功率分配,采用荷电状态(state of charge,SOC)均衡控制实现蓄电池能量均衡。最后,基于硬件在环实验平台,验证了所提拓扑结构与控制策略的可行性和有效性。实验结果表明:所提混合储能系统及其控制策略具备惯量与频率支撑能力,在故障限流、正常并网、孤岛运行之间可灵活切换,能够有效发挥混合储能的综合优势,在中压配电网中具有良好的应用前景。

基于多Agent的锂电池主动均衡策略控制仿真研究

【目的】针对锂电池的荷电状态均衡管理问题,提出一种基于多智能体的电池组荷电状态一致性均衡方案。【方法】首先,将多智能体控制策略引入电池管理的下垂控制中,实现了主动均衡电路拓扑下的自主均衡;其次,建立领航跟随者模型,利用参数已知的虚拟智能体使各个荷电状态不一致的电池的状态向其靠近,实现充放电模式下的荷电状态均衡;最后,对二阶多智能体荷电状态均衡控制策略进行仿真验证。【结果】实验结果表明,相比一阶均衡控制策略,自主均衡时间减少了43.02%,充电模式中均衡时间减少了16.13%,放电模式中均衡时间降低了32.90%。【结论】多智能体系统在电池的均衡管理中能够实现荷电状态的均衡,有效地降低了锂电池荷电状态到达一致性的收敛时间。

变调节因子的不同容量锂电池储能系统能量控制策略

为解决不同容量储能单元(ESUs)的荷电状态(SOC)均衡控制与功率分配问题,提出一种变调节因子的不同容量储能系统能量控制策略。通过建立引入容量因子的指数函数,实现各ESU按照其容量比分配输出功率,同时设置动态调节因子,使其随各ESU的SOC与全局SOC平均值差值的减小而增大,解决最大输出功率与均衡速度不可兼顾的问题。为减小通信压力,采用动态一致性算法获取全局平均值,并制定通信故障时的控制策略,使系统稳定运行。最后,进行Matlab/Simulink仿真研究,结果表明所提策略相较于固定调节因子SOC均衡策略具有更快的均衡速度且能实现更精准的功率分配。

基于双向式主动均衡的储能电站电池管理系统设计

目前锂电池在所有电化学储能中占据首位,但长期运行在储能电站的电池组内电池单元会因锂电池的特性而出现较大差异,导致能量不均衡,降低了储能电站的运行效率。对此,提出了一种基于储能电容和电感双向式主动均衡方法,通过均衡控制模块控制开关管阵列实现电池组内电池单元的跨越式能量传输;设计了电池管理系统及均衡控制电路,并进行了实验验证和测试。结果表明,该均衡控制电路可以满足储能电站的主动均衡需求。

电动汽车电池系统主动均衡控制策略

电动汽车的电池组由多节电池单体串并联组成。电池单体的不一致性导致电池组可用容量下降,进而减少整车的续驶里程。为了解决这一问题,对主动均衡电路以及控制算法的设计进行了研究。以单个储能电感和多个Mosfet开关为基础,构建了一种能量转移主动均衡电路,建立了系统的数学模型和开关切换控制算法。并且进行了均衡效率的理论分析和simulink仿真实验测试。均衡实验前电池组中SOC值最大差值为3,均衡后SOC值最大差值为1。

35 kV高压直挂大容量电池储能系统

为推动35 kV高压直挂电池储能系统(battery energy storage system,BESS)的实际应用,系统研究了35 kV高压直挂BESS的主电路参数设计、控制策略及相关控制参数的设计方法;并在MATLAB/Simulink中搭建了35 kV/10 MW/10 MWh系统的仿真模型,以验证所提设计方法及控制策略的正确性。研究结果表明:35 kV高压直挂BESS单机容量大,功率响应速度快,可对内部电池簇进行主动荷电状态均衡及故障冗余控制,系统效率和可靠性更高,能适应未来新能源大规模发展需求。

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。

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。

基于模块化多电平变流器的电池储能系统荷电状态均衡控制策略

基于模块化多电平变流器(modular multi-level converter,MMC)的电池储能系统(battery energy storage system,BESS)适用于中高压交直流混合电网,有助于解决可再生能源大规模并网问题。针对电池容量利用率问题,该文分析了MMC-BESS中各端电源功率传递关系,提出了一种电池荷电状态(state of charge,SOC)均衡控制策略,通过三级均衡控制,实现相间、上下桥臂间、桥臂内子模块间电池模块的SOC均衡。同时为提高系统运行的可靠性,研究了故障容错运行工况下的SOC均衡控制策略。最后通过仿真和实验验证了所提控制策略的有效性。

串联液态金属电池组均衡控制策略研究

液态金属电池是一类廉价高效、适合规模电能存储的新型储能电池技术。在分析液态金属电池特性的基础上,研究了一种基于开关矩阵的电感型均衡电路,提出以荷电状态(SOC)作为均衡变量,以SOC极大和极小的电池单体作为均衡对象,通过"变步长"方式对均衡电流进行控制的cell-to-cell均衡控制策略,并阐明了其具体的工作原理。利用Ma tla b/S imulink软件构建了串联液态金属电池组均衡控制系统模型,并针对串联液态金属电池组处于静置状态和恒流充电状态分别进行均衡控制仿真分析。该均衡控制策略适用于电池组的各种运行状态,可有效提高电池组中液态金属电池的一致性和容量利用率。

串联电池组主动均衡拓扑及控制策略研究

电池单体以串、并联的形式构成电池组,广泛应用于各类储能系统中。由于制造工艺和使用环境的不同,以及电池单体间内阻、库伦效率等参数的不一致在反复充放电后形成电池组电量的不均衡,导致电池组可用容量下降、电池组整体功率衰退等。为此,针对串联电池组提出了一种包括基于正激变换器的双向DC/DC变换器及开关阵列的主动均衡电路拓扑。在主电路工作原理分析的基础上,进一步提出了一种基于聚类分析的SOC均衡控制策略,并以8节电池单体串联构成电池组进行均衡验证实验。实验结果表明经过均衡操作后,不均衡电池组可用容量有所提升,证明了均衡策略及均衡系统的有效性。与传统的“平均差”法可用容量提升2.6%相比,所提出的均衡策略可用容量提升10.8%,提升效果更明显,在均衡时间基本一致的前提下,对电池组一致性改善效果更好。

基于微控制器的串联锂电池组均衡设计

针对串联锂电池组充放电过程电池均衡的问题,研制了基于微控制器的锂电池组均衡电路,Buck电压变换通过推挽开关电路和隔离输出电路实现。电池组工作期间利用电阻分压由微控制器对各串电压进行采样测量和比较,由整串电池组供电的开关电路通过继电器或光耦/MOS管切换对电压最低的一串电池输出,实现了充电和放电的各串电池电压均衡。针对串数较多的电池组设计了备用电池补偿的方案,它具有结构简单和高效的特点。

基于非线性PID的串联锂离子电池组的均衡控制

针对串联锂离子电池组充放电过程中的均衡问题,设计了一种新型的非线性PID均衡控算法。利用非线性函数,构造了误差与PID参数的非线性映射关系,使得PID调节器中的增益参数随控制误差而变化,比常规的线性PID调节器具有更强的鲁棒性和更好的动态响应。仿真结果表明,该算法控制精度高,速度快,能够无超调地实现锂离子电池的能量均衡。

基于多智能体的电池储能系统SOC均衡控制策略

针对应用二级频率控制器来解决分布式电池储能系统中SOC(荷电状态)的一致性问题,提出一种基于多智能体与下垂控制相结合的SOC均衡控制方法。该方法在不需要中心控制器的情况下,实现多电池储能系统的SOC一致性,不仅能够实现不同容量电池SOC的均衡控制,还能提高交流母线频率的稳态偏差。考虑电池长期使用带来的容量衰减,设计了相应的自适应容量估计算法用于消除扰动。在包含3个电池储能系统和恒功率负载的孤岛交流微电网仿真平台上进行实验,验证了所提方法的有效性。

船用电池系统主动均衡控制研究

描述船用电池系统的特点,详细分析船用磷酸铁锂电池的Shepherd模型、双向反激直流变换器原理和基于LTC3300-1的主动均衡电路。通过实测和仿真,验证该电池模型的正确性;通过设计和仿真,验证该主动均衡电路的可行性。从系统建模的角度出发,分析纯电池动力船舶和混合动力船舶电池系统的主动均衡控制变量和控制策略,并通过Matlab/Simulink平台仿真验证理论分析的正确性。

离网光伏系统铅酸蓄电池脉冲均衡充电控制器

分析了蓄电池之间的差异对蓄电池组使用的影响。针对离网型光伏系统,设计了铅酸蓄电池的脉冲充电控制器,并采用均衡电路对蓄电池组进行了均衡管理。减少了控制器蓄电池组内各电池间的差异,提高了整体蓄电池组的寿命。

动力电池组均衡控制系统的研究进展

电池组充放电时的不均衡,导致了电池组充放电效能的下降和循环寿命的缩短,均衡管理模块已成为电池管理系统的关键组成部分。介绍了现有的动力电池组不均衡现象产生原因和情况分类,重点介绍能量耗散型和非能量耗散型均衡系统,在分析现有典型动力电池组均衡系统现状的基础上,提出了混合动力汽车动力电池组均衡控制系统的研究发展方向。

电池均衡系统的分布式协同一致性控制策略

随着化学电池储能的容量、电压要求不断提高,电池串数不断增加,电池一致性问题尤为突出。该文针对分布式电池均衡系统,根据其可靠性高、冗余性好等优点,将下垂控制作为均衡变换器的一次控制,但其存在输出电压偏差和电流分配精度之间的矛盾问题,故又将一种基于多代理系统的协同控制策略作为均衡变换器的二次控制。每个电池模组仅通过稀疏通信网络与其邻居交互信息,通过电压调节器与电流调节器,估计全局模组电压并有效消除噪声、协调分配各模组均衡电流指令,从而优化传统下垂控制的局限性。通过对算例进行仿真与实验分析,验证所提的协同控制策略在电池均衡应用中的实用性和有效性。