基于MMC的分布式储能系统及其快速SOC均衡控制策略

提高基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的分布式储能系统(distributed energy storage systems,DESS)的能量利用率,解决储能子模块(energy sub-module,ESM)荷电状态(state of charge,SOC)均衡问题至关重要。针对现有的SOC均衡控制策略的不足,提出内外分层的快速SOC均衡控制策略。外层针对桥臂间或相间的SOC差异,通过改进MMC模型预测控制(model predictive predictive control,MPC),配合自适应均衡系数,快速调整功率差额。内层引入自适应虚拟电阻法,根据ESM的SOC情况确定主导ESM,自适应调节各单元的虚拟电阻,产生相应的电压梯度,结合MMC排序算法使ESM按照各自SOC进行功率分配,从而实现ESM的SOC快速均衡,提高DESS能量利用率。通过在Matlab/Simulink构建仿真模型,证明了所提控制策略的有效性和可行性。

面向风电平抑的双电池单元储能系统功率分层优化控制策略

为减少风-储联合系统中,双电池单元储能系统的充放电循环次数,降低高充放电功率指令下电池单元充放电电流倍率,提出一种储能系统充放电功率分层优化控制策略。根据充放电功率指令高低,为两电池单元匹配同充同放和一充一放两种运行模式,同时优化设置两运行模式下电池荷电状态循环区间,平衡充放电电量。仿真验证表明,在风电平抑效果相同的情况下,所提策略可降低高充放电功率指令下电池单元充放电电流倍率,减少电池充放电循环次数,延长电池寿命,降低储能电池功率和容量的配置需求。

考虑平抑未来时刻风电波动的混合储能系统超前模糊控制策略

【目的】现有的混合储能系统控制策略难以在保持荷电状态(state of charge,SOC)处于合理范围的同时,满足未来时刻风电波动造成的混合储能系统超前充放电需求,因此提出一种考虑平抑未来时刻风电功率波动的混合储能系统超前模糊控制策略。【方法】首先,通过采用集合经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,EEMD)方法分解得到不同类型储能设备需要平抑的风电功率;其次,根据混合储能系统SOC和功率饱和程度整定功率修正参数,对混合储能系统输出功率进行修正;再次,由风电预测算法得到前瞻周期内风电功率预测值,根据前瞻周期内风电功率波动情况和超前控制理论整定提前充放电参数,校正储能系统输出功率;最后,以某风电场的实际数据为例,通过仿真验证了所提超前模糊控制策略的有效性。【结果】提出的控制策略不仅能够降低风电并网波动越限概率,显著减少总输出功率与目标功率偏差值,而且能够使混合储能系统的SOC控制在合理范围内。【结论】该策略可以为平抑风电波动的相关研究提供有益参考。

基于潮流转移装置的混合储能接入牵引供电系统控制策略研究

采用单相工频交流制式的电气化铁路具有无污染、运输效率高的优点,但在现有的牵引供电系统中,负序和再生制动能量利用的问题较为突出。因此,文章提出了一种集成混合储能系统的潮流转移拓扑。文章分析了集成混合储能的潮流转移装置的拓扑结构,研究了削峰、填谷、再生制动和同相运行模式及其能量管理策略;为减少系统损耗,进一步提高系统再生制动能量利用率和削峰填谷的控制精度,文章提出了一种协调控制策略,并采用无源控制的非线性电流控制器提升变流器控制响应速度。仿真结果表明,该系统可以充分利用牵引供电系统的再生制动能量,提高系统中能量流动的灵活性,并且解决了牵引供电系统中的负序问题。

压缩空气储能系统的微机电控制技术

结合当前能源需求的大背景,综述了压缩空气储能系统的微机电控制技术研究情况。首先详细阐述了压缩空气储能系统的内部运行逻辑,包括运行方式和相关机械结构。在此基础上,从转速和储能电机两个角度,探讨储能系统的微机电控制技术的最近研究进展。最后列举了当前较为常用的控制优化技术,可为后续研究提供一定的理论借鉴和思考。

电力汽车储能系统控制技术研究

本文基于电力汽车混合储能系统,结合其控制技术予以深入分析,根据其不同特性开展此次设计分析,储能系统硬件设计中主要涉及CAN通信电路设计等;此次设计中的复合储能系统内主控制芯片选择型号为DSPTMS320F2812的芯片,在软件设计中包含超级电容电压采集程序设计等多个环节。实验测试发现,在各种模式开展放电试验过程中,对电机转速予以有效控制能够使超级电容以及蓄电池分别转换为相应工作模式,最终验证了此次系统设计特性。

基于多智能体一致性理论的智能电网内分布式储能系统自治控制方法

针对智能电网中不同电网阻抗差异性引起各电网内分布式储能一次下垂控制器响应速度不一致,且下垂控制方法种类多(P-f/Q-U下垂、改进P-f/Q-U下垂和改进P-U/Q-f下垂等)难以协调,控制器设计复杂等问题,文中提出了一种基于多智能体一致性理论的智能电网内分布式储能系统自治控制方法,以实现不同下垂控制方式的高效协调,有效提升分布式储能PCC处电压频率控制效果,以及各储能系统的精确功率分配。首先,该方法深入研究了不同阻抗电网条件下的分布式储能控制下垂模型,并采用分布式控制理论,设计了分布式储能统一二次控制器,以控制分布式储能PCC点的频率和电压,并按比例分配储能系统的有功和无功输出功率;然后,由于不同电网相距距离较远,通信延迟会影响控制效果,甚至破坏控制系统稳定性,文中采用多智能体相关理论,设计了一种定向通信方法,推导出了在不损失控制系统稳定性的情况下实现控制目标的时延上界条件;最后,通过在改进IEEE 118节点电力系统上仿真分析,验证了所提方法的有效性。

基于终端滑模自抗扰的混合储能系统功率控制

为提高混合储能系统对直流微电网母线功率支撑的双向调控性能,针对混合储能系统,提出一种基于非奇异终端滑模自抗扰技术的双向功率控制方法。分析建立采用双向半桥DC/DC变换器的并网接入系统数学模型;设计超级电容端电压稳定附加功率补偿控制结构;利用基于趋近律的非奇异终端滑模自抗扰技术和基于扩张状态观测器的系统不确定及扰动项在线估计,设计混合储能双向功率调节非线性控制器。通过仿真测试,并与传统线性控制器性能对比,验证所提方法的正确有效性。

基于暂态能量辨识的含规模化储能的新能源电力系统暂态稳定控制方法

风电等新能源的大规模并网严重影响了电力系统的暂态稳定性。针对新能源电力系统暂态稳定问题,提出基于暂态能量辨识的含规模化储能的新能源电力系统暂态稳定控制方法。首先,构建新能源电力系统的线路稳定裕度和系统暂态稳定裕度指标,准确辨识系统暂态稳定性;然后,提出附加线路暂态能量控制的改进储能控制策略,更好提升系统暂态稳定性;最后,在New England10机39节点系统中进行仿真验证。算例分析表明,所提方法能准确辨识系统暂态稳定分布情况,有效改善新能源电力系统暂态稳定性。

飞轮储能阵列系统协调控制方法综述

因受材料、成本和技术等因素制约,提高单个飞轮储能装置的容量较为困难,难以满足长时间大功率的需求。对此提出使用飞轮阵列来提高飞轮系统的总储能容量,进而降低装置的研发和生产成本。对于飞轮阵列储能系统,研究各储能单元协调控制、相互配合的控制策略是实现阵列高效、安全运行的解决方案。从飞轮储能阵列系统拓扑结构、协调控制策略及协调控制算法进行全面的综述。从飞轮储能阵列不同并网拓扑结构出发,探讨了适用于直流母线并联和交流母线并联对应的功率分配控制策略;随后以飞轮储能阵列并行接入电网为切入点,分别对集中式、主从式与分布式协调控制算法进行比较研究和归纳总结,重点评述了分布式一致性算法优势,并在此基础上进一步总结基于智能算法高效率求解的功率分配控制策略。最后,指出了飞轮储能阵列系统并网运行协调控制面临的挑战。

基于改进无差拍控制的MMC超级电容储能系统补偿电流性能优化研究

针对传统电流控制下的模块化多电平换流器(MMC)超级电容(SC)储能系统补偿电流动态响应阶段波动较大的问题,通过提出改进无差拍控制算法重复预测周期电流并结合在线电感参数计算,优化MMC超级电容储能系统补偿电流动态响应性能,降低了设备交流侧电流畸变,消除了稳态运行状态下桥臂电感参数变化对改进无差拍电流控制的影响,提高了系统的鲁棒性。搭建了Simulink仿真模型,对所提出的改进方法的可行性和优越性进行了验证。

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。

面向并联环流最小化的垂直式矩阵型重力储能系统多机协调控制

重力储能利用高度落差对固体重物储能介质进行升降,实现储能系统的充放电。和抽水蓄能相比,由于其具有不依赖水资源、选址灵活等特点,应用前景广泛。为提高重力储能系统的充放电运行效率,研究了面向多机并联功率环流最小化的垂直式矩阵型重力储能系统多机协调控制问题。首先,基于PSCAD/EMTDC构建垂直式矩阵型重力储能系统模型,分析了其充放电特性;其次,通过对重力储能系统多机并联运行时产生的机组间功率环流机理及抑制问题进行分析,提出了基于重力储能系统双层控制架构的多个机组间协调控制方法,该控制方法可在快速满足电网侧功率充放电需求的同时,实现并联运行机组间的功率环流最小化,提高了重力储能系统的充放电运行效率,最后,仿真结果验证了上述多机协调控制策略的有效性。

基于瞬时功率镜像补偿的斜坡式重力储能系统功率平滑控制策略

针对重力储能系统因离散质量块切换引起的输出功率波动问题,提出了一种基于瞬时功率镜像补偿的功率平滑控制策略。首先介绍了斜坡式重力储能系统的工作原理,分析引起系统功率波动的原因;然后设计了抑制功率波动的系统结构以及功率平滑控制策略,并以11 kW的斜坡式重力储能系统为例,对系统结构参数进行理论计算;最后构建斜坡式重力储能系统仿真模型,分析了系统在质量块交替过程中的暂态波动特性。结果表明,应用所提方法,质量块在交替过程中可提供连续稳定的机械功率,较好地平滑重力储能系统的输出功率,验证了该方法的有效性。

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。

光伏发电系统与储能装置的协调运行以及控制研究

本文围绕光伏发电系统与储能装置协调运行与控制进行分析,解决以往存在的并网点电压越限问题,通过仿真研究提出多种储能协调控制策略的实用性以及可行性,经比对后发现,站在降低储能容量的角度进行考虑,实现电压运行的动态把控,是目前效果最佳的协调控制方式,但其余方式也有一定优势,在应用时可结合实际情况选择。

新型电力系统场景下网侧规模化储能二次调频控制策略

针对大规模新能源并网时造成的新型电力系统频率波动问题,在新型电力系统场景下兼顾电网调频需求及储能调频能力提出一种网侧规模化储能二次调频控制策略。基于电网调频需求,对储能系统响应自动发电控制指令时的双信号自适应切换控制进行研究,在充分发挥两种调频信号优势的同时使储能系统更好地配合响应调频指令;考虑储能机组的技术特性,利用模糊控制对各储能单元的出力深度进行均衡控制,在维持其荷电状态的同时能够将频率偏差的波动以更快的速度控制在更小的范围内;最后在Matlab/Simulink中对所提控制策略进行仿真验证。结果表明,所提控制策略能够快速抑制频率偏差在更小的范围内、避免储能系统过充过放以及有效维持各组储能单元荷电水平。

基于PID的电容混合储能系统功率波动控制仿真

降低混合储能系统的功率波动,可以提高系统运行安全性和稳定性,为此提出一种超级电容混合储能系统功率波动控制方法。建立蓄电池SOC数学模型,分析储能设备在混合储能系统中的充放电功率和SOC状态;通过低通滤波方法确定储能设备在系统中的功率参考值,设计模糊神经PID控制器,在模糊神经PID控制器的控制规则下,根据超级电容和蓄电池的功率参考值实现混合储能系统的功率波动控制。仿真结果表明,采用所提方法对超级电容混合储能系统控制后,系统的功率波动率降低,控制结果较为合理。

储能系统电力设备变工况的优化运行控制方法

在对储能系统进行调度时,存在风能最大功率获取速度慢、输出功率与储能系统充/放电结果相差大的问题,为此提出储能系统电力设备变工况的优化运行控制方法。依据电力设备部件之间的动态耦合,建立电力设备目标函数及约束条件,构建电力设备模块化数学优化模型。利用该模型对电力设备部件参数进行优化后,将处于不同运行模式的电力设备以变工况运行方式进行优化运行控制。实验结果表明,通过对该方法进行风能最大功率获取速度测试、输出功率与储能系统充/放电结果对比测试、储能系统频率与设定频率测试,验证了该方法准确性强、有效性高。

基于超级电容储能的汽轮发电系统频差功率协调控制

由于孤岛运行的汽轮发电系统输出功率调节响应较慢,带脉冲功率负载会造成输出电能频率和电压较大的凹陷和超调,甚至导致系统不稳定。本文将超级电容储能应用于汽轮发电系统,组成汽轮机-超级电容混合发电系统。继而提出混合发电系统的频差功率协调控制方法。通过超级电容储能单元的高功率动态响应弥补汽轮机输出功率动态响应低的问题,使系统实时处于瞬时功率平衡状态,保证输出电能频率和电压的平稳,增强汽轮发电系统对脉冲功率负载的适应能力。最后建立仿真模型对所提控制算法的有效性进行验证。