储能变流器信号高精度故障诊断方法

随着能源转型和碳中和的全球发展趋势,储能变流器关键组件的稳定性变得至关重要。特别是其功率器件和散热器在实际运行中的稳定性直接关系到整个系统的可靠性。关注储能变流器功率模组振动信号的故障诊断问题,传统诊断方法处理复杂信号时往往面临挑战,需要频繁地调整参数。此外,由于储能变流器的工作环境复杂,现有深度学习诊断方法的性能也不尽如人意。为此,提出一种基于大模型知识和通道注意力网络的储能变流器功率模组故障诊断方法LLMCAN。首先通过预训练的大规模语言模型,在特征提取过程中利用丰富的领域知识,增强模型对复杂功率模组振动信号的分析能力。其次引入通道注意力网络使模型能够自适应学习信号中不同通道之间的关系,提高故障诊断的准确性。在包含1000条真实工况数据的储能变流器信号数据集上进行验证,其中包括正常工况和9种故障模式。实验结果表明,该方法在多种度量指标下均显示出优越性能,其中诊断准确率高达99.8%,远超传统方法,为储能变流器功率模组的故障诊断提供一个高效、准确的解决方案。

基于虚拟振荡器控制的储能变流器控制策略研究

针对传统储能变流器控制方法存在的同步速度较慢、有功功率跟踪效果欠佳的问题,提出了一种基于虚拟振荡器控制的储能变流器控制策略。该策略基于虚拟振荡器控制,采用优化惯性权重和学习因子的改进粒子群算法整定控制器参数,避免了有功和无功功率的测量,具有比传统下垂控制更好的动态响应。最后,针对储能系统中2台并联储能变流器在负荷突变情况下进行了相应控制,仿真结果表明,所提新型控制方法具有更快的同步速度和更好的有功功率跟踪性能。

基于滑模自抗扰的储能变流器控制策略

为了提高储能变流器(PCS)的动态性能,设计基于降阶级联扩张状态观测器(ESO)和互补滑模控制(CSMC)的改进自抗扰控制(ADRC)策略,将改进ADRC策略应用于PCS的双向DC/AC变流器电压外环.改进ESO为降阶级联ESO以提高状态变量和系统总扰动的估计速度,增加扰动估计能力;更改PD控制为CSMC以设计状态误差反馈律,提升PCS的系统鲁棒性;设计改进指数趋近律以抑制抖振现象.为了证明改进ADRC策略相较于PI控制和传统ADRC的优越性,建立仿真模型并搭建相关实验平台.仿真与实验结果表明,改进ADRC策略减小了PCS暂态时直流母线电压波动,提高了PCS交流侧功率响应速度,改善了交流侧的输出电能质量.

三相四线三电平储能变流器中点平衡优化控制

传统三电平中点平衡控制方法在低不平衡度下对中点波动的抑制效果显著,然而在高不平衡度负载下有待改进。本文通过对不平衡程度进行实时检测分析,提出一种基于零电平分解的中点平衡优化控制方法。在不平衡程度达到临界阈值时,对零电平分解作用区域和分解量进行协调控制,使三电平三桥臂储能变流器在高不平衡度工况下的中点电压波动得到较好抑制。仿真实验结果验证了所提方法在各不平衡度负载工况下均具有良好的中点电位平衡能力。

单侧并联储能变流器并网谐振机理分析及抑制方法

为解决单侧并联储能变流器并网谐振问题,对谐振机理进行分析,设计抑制方法。通过研究系统待机与运行工况下的幅相参数,获取谐振特性。将谐振成因分为内因与外因,内因为并联系统输出电流随并机叠加,在并网阻抗上产生谐波压降,导致的电压谐波放大。外因为网侧所含背景电压谐波与并联系统阻抗频率在某些频段重叠。随并机数量增加,系统谐振点频率将降低。采用设计的电压谐波补偿单元进行功率解耦及动态多比例谐振控制器进行控制解耦两种方法,实现谐振抑制。通过仿真验证了谐振成因机理及抑制方法有效性。

储能变流器多时间尺度寿命评估方法

储能变流器是蓄电池与电网进行电能交互的关键装备,然而由于新能源出力与电力系统负荷的随机性和波动性,储能变流器的可靠性低,亟需对其进行可靠性评估以降低储能变流器非计划停机带来的经济损失,提升电网供电的稳定性和可靠性。然而现有研究多集中在对光伏、风电等新能源出力侧变流器进行可靠性评估,很少有对储能变流器开展寿命评估的研究。基于上述背景,提出一种考虑长时间尺度电力系统负荷和新能源出力任务剖面的储能变流器可靠性评估方法。以3.5 MW光伏储能变流器为例,结合结温数值迭代算法和解析寿命模型,评估不同时间尺度热载荷导致的寿命消耗。结果表明,光伏储能变流器中IGBT的寿命消耗大于二极管的寿命消耗,并且低频寿命消耗大于基频寿命消耗,因此需要重点减轻低频热载荷引起的IGBT寿命消耗,以提高储能变流器预期使用寿命。

T型三电平储能变流器直流母线电压改进自抗扰控制

针对T型三电平储能变流器在受到扰动时直流母线电压容易波动的问题,提出了一种改进的线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control,LADRC)方法以增强直流母线电压的控制稳定性。该方法对线性扩张状态观测器(linear extended state observer,LESO)进行了改进。首先,引入总扰动微分状态变量以提升扰动观测能力。其次,对观测器进行降阶处理,一方面降低观测器设计复杂度,另一方面降低相位滞后,提升扰动估计速度。最后,在总扰动通道上增加一个滞后补偿环节减弱噪声放大影响。通过上述改进实现了对系统总扰动的精确快速估计。基于频域分析,得出改进后的LADRC相比传统LADRC具有更优秀的抗扰性能。多组实验结果均表明,与PI控制和传统LADRC相比,在有功功率突变、无功功率突变以及电网电压跌落情况下,所提控制策略的直流母线电压超调量更小,暂态时间更短,验证了所提方法的有效性,保证了储能变流器的正常平稳运行。

I型三电平储能变流器设计

随着新能源发电的快速发展,新能源发电输出功率的间歇性和不确定性问题日益突出,为增强电网对新能源的消纳能力,设计了1台I型三电平储能变流器。在深入分析其工作原理的基础上,构建了数学模型并给出了恒流充放电控制策略。针对三电平储能变流器中点电位不平衡的问题,提出了带可变分配因子的空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM)算法以实现对中点电位波动的快速响应。样机实验结果表明,在恒流充放电控制策略下,样机在并网工况下具有良好的稳态和暂态性能,所采用的带可变分配因子的SVPWM算法能快速抑制中点电位波动且抑制效果明显。

储能变流器功率模块散热系统的性能提升研究

功率模块作为储能变流器的功率变换核心组成部分,在运行过程中会产生大量的热量,优良的散热是保证设备可靠运行的关键。通过数值模拟和实验验证的方法对储能变流器功率模块散热系统的性能提升进行研究。运用数值分析方法对比7种系统变量的换热性能提升效果,提取最佳参数组合,创建优化模型。结果表明,散热器的散热性能是影响系统散热性能的主要因素。在本文的计算工况内,优化模型相比于原始模型的散热优化度最大为13%,热源最高温度降低6℃。通过建立1:1的实验模型对优化模型进行性能提升验证,结果表明散热优化度为11%,热源最高温度降低4℃,验证了优化模型的散热性能提升效果。

多储能变流器分层协同控制研究

微电网在孤岛运行状态下储能变流器输出电压、频率不稳定和有功、无功功率不平衡,变流器传统的下垂控制不能对微电网孤岛运行的电压和频率进行无静差调节,且无法满足微电网孤岛运行的有功、无功功率平衡。基于此,提出一种多储能变流器分层协同控制方法。在综合考虑储能变流器运行控制目标和微电网相邻储能变流器信息交换的基础上,设计微电网分层互联分布式协同控制结构,对多系统的分布式控制方法进行改进。对微电网的多个储能变流器开展仿真实验,结果证明了所提控制策略的有效性和协同控制能力。

基于一致性多储能变流器功率分配策略研究

针对电池储能系统中储能变流器数量增加导致集中控制器无法快速灵活进行各电池储能系统功率分配的问题,提出一种基于一致性算法的分布式功率分配策略。该策略考虑到各电池单元的荷电状态均衡和运行效率,根据一致性算法迭代计算各电池单元的功率指令值,将相邻单元迭代中功率指令的绝对误差作为确定迭代结束的收敛准则,实现各电池储能系统的功率分配,以满足不同场景下的特定需求。最后,将所提策略的循环寿命损失、容量储备和能量损失与现有的功率分配策略进行对比,通过仿真验证了该策略在调峰场景下的有效性。

NPC型直挂储能变流器桥臂断路故障下低电压穿越的容错控制

NPC型直挂储能变流器长期运行可能发生桥臂断路故障造成设备停运以及影响低电压故障穿越,基于故障相与直流母线中点直连构成虚拟桥臂重构容错故障拓扑,提出了基于模型预测控制的桥臂容错低电压穿越控制策略。考虑重构后的容错拓扑结构降低了直流侧电压的利用率,研究分析了该容错结构进行低压穿越的最大输出电流整定方法。由于低电压穿越过程中电压跌落后的容错拓扑输出特性发生改变,对储能直挂容错结构的输出电流、电压进行模型预测矢量分析,推导出电压跌落与最大输出电流的关系式。在重构的空间电压矢量内选择能够支撑低电压穿越的矢量状态,控制储能变流器按照低电压穿越技术规范进行有功无功功率分配,支撑电网电压。仿真结果验证了所提出的控制策略保证容错拓扑结构可以在桥臂故障期间运行的有效性以及低电压穿越过程中提供无功功率支撑的可靠性。

一种增强稳定性的储能变流器线性自抗扰控制参数整定方法

直流微电网中,为了补偿恒功率负载的负阻抗特性,须加快混合储能系统响应速度,充分发挥其性能。针对微电网的储能变流器,提出了一种基于混合势函数理论的线性自抗扰控制参数整定方法。首先,推导储能变流器的自抗扰传递函数。接着,对含混合储能系统、恒功率负载的直流微电网进行稳定性分析,得到考虑扩张状态观测器带宽ω0的混合势函数判据,为储能变流器自抗扰控制的线性扩张状态观测器带宽和状态误差反馈控制参数的整定提供了重要依据。实验结果表明,所提方法响应速度快,抗扰性强,能够补偿恒功率负载的负阻抗特性,保障了直流微电网系统的稳定性。

构网型储能变流器VSG控制技术综述

随着可再生能源与电力电子器件的广泛应用,电网的稳定运行面临新的挑战和机遇。虚拟同步发电机(VSG)控制技术在维持电网稳定性和提高能源利用效率方面具有巨大潜力。首先,介绍了新型电力系统的特点,探讨了储能变流器的VSG控制策略,并分析了构网型储能变流器的优势及其应用场景。然后,详细梳理了VSG技术在能量源和储能装置接入可再生能源领域的应用,总结了国内外在该领域的研究重点。特别讨论了考虑储能单元荷电状态的VSG控制、基于混合储能的分频控制与容量分配,以及VSG参数的自适应调节这三种关键的VSG控制方法。对构网变流器VSG技术的研究现状与发展趋势进行了全面梳理,旨在为后续的研究和工程实践提供参考和启示,同时指出储能VSG技术在理论和应用方面的问题并提出展望。

基于T型三电平储能变流器的高速公路服务区微电网控制策略研究

快速充电桩等大功率负荷的频繁投切使得高速公路服务区微电网安全稳定运行遭遇挑战,容易导致微电网母线电压和系统频率的大幅波动。针对这一问题,提出一种基于T型三电平储能变流器的高速公路服务区微电网系统及其控制策略。为了让所研究的储能变流器可以灵活适用于多种储能装置,提高储能变流器的通用性,研究了电压源型T型三电平储能变流器。分析T型三电平变流器开关管动作特性,基于基尔霍夫定律建立系统数学模型。设计微电网孤岛和并网运行两种模式下的控制策略,并基于无源控制理论,通过建立端口受控哈密尔顿模型、设定平衡点、求解能量匹配方程等步骤设计两个无源控制器以实现控制目标。在Matlab中搭建仿真模型,仿真试验结果表明,快速充电桩负荷投切时功率动态响应时间小于0.01 s,系统频率抖动小于0.03 Hz,母线电压波形非常平滑,无明显波动,微电网系统在并网和孤岛模式下都具有较高的稳定性。

基于集中式控制策略的储能变流器牵制协调控制方法

针对现有的控制方法网络状态恢复时间较久、控制效果差,研究了基于集中式控制策略的储能变流器牵制协调控制方法。根据微电网中不同储能单元情况,采用集中式储能形成一个发电单元,通过变流器将单元接入储能系统的交流母线。结合DAB拓扑结构,通过控制桥臂的通断形成高频的电压方波,然后控制电压方波产生的相位差,使得变压器保持一定的传输能量。运用下垂控制进行电压控制,得到ES的电压和频率参考值。引入二次控制,将计算得到的控制量进行调整从而保证了系统的稳定性。实验结果表明,实验组在20s时通信链路故障修复完成,网络状态恢复正常,及时实现电压的控制目标,达到了良好的控制效果。

中国光伏储能变流器技术研究

近年来,中国越发重视分布式能源、储能技术及其相关产业的发展,储能变流器(power convert system,PCS)作为光伏储能产业的关键器件,其发展已成为重点关注的对象。因此,对国内外PCS专利的申请情况、重点申请人、相关专利的法律状态与光伏PCS的技术分支的专利申请情况进行分析,并介绍了PCS各技术分支的典型专利技术。研究发现,自2020年以来,中国光伏PCS的专利申请数量增长迅速,总量已高于国外光伏PCS的专利申请数量。中国已经成为该领域的重要专利来源地,相关企业应重视在该领域的科学技术创新和专利布局,利用专利武器提升核心竞争力。

新能源站电池储能变流器并联运行控制技术研究

文章研究了新能源电站中储能变流器的运行问题,并结合下垂控制策略,探讨了其在光伏电站厂用电微网中的应用。储能变流器作为微网系统的重要组成部分,是电网与储能设备之间能量调控的关键。文章重点探讨了储能变流器的并联运行问题,包括功率分配均衡、动态响应性能和环流最小化等。为了实现有效的并联运行,通过改进下垂控制策略,实现了并联变流器之间的功率均衡和稳定运行。通过在实验平台上的仿真验证和性能评估,验证了下垂控制策略在并联运行储能变流器中的可行性和有效性。

微电网三电平储能变流器优化控制技术综述

高比例新能源接入导致微电网惯量低、抗干扰能力弱、电压波动性强。储能变流器作为平抑新能源功率波动、支撑电网电压和频率稳定的重要设备,在微电网中的应用越来越广泛。针对微电网储能变流器控制优化技术的发展,文章首先在三电平储能变流器拓扑方面,聚焦储能变流器自身非线性因素对输出波形的影响,归纳总结输出波形非线性的产生机理及优化策略;在此基础上,深入探讨弱电网下跟网型储能变流器的失稳机理,梳理增强稳定性的优化策略;同时,整理了构网型储能变流器的控制目标及架构,分析总结储能变流器的稳定性问题及控制优化策略;最后,对相关技术的优化方向进行了展望,为微电网三电平储能变流器优化控制提供参考借鉴。

电网电压不平衡下储能变流器能量最优控制策略

针对电压不平衡时储能变流器(Power Conversion System, PCS)出现网侧电流波形畸变严重且峰值过大等问题,提出了电网电压不平衡下储能变流器能量最优控制策略.该策略通过控制目标参数k、电网电压不平衡度与瞬时功率波动、网侧电流不平衡度和网侧电流峰值的关系图深入分析了参数k、电网电压不平衡度对系统能量运行的影响,并在此基础上侧重抑制电流幅值及抑制功率波动两个控制目标,加入寻优算法,提出k参数仅在[-1,0]内选择的电流限幅储能变流器能量最优控制策略.仿真实验结果表明:该策略能通过k参数和电流限幅策略更加快速有效地将电流峰值限制在最大允许峰值,并且进一步减小功率波动,提升PCS的有功功率输出能力,体现了对储能变流器运行的能量优化.