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。

基于载波移相调制的模块化多电平电池储能系统直流侧建模

载波移相调制是模块化多电平电池储能系统中广泛应用的一种调制方式。本文针对载波移相调制和电池储能系统的直流侧进行了理论研究,提出了N+1调制和2N+1调制两种不同的载波移相调制方式的数学模型,发现载波周期内相开通模块数及其持续时间仅与调制比和桥臂模块数相关。基于此建立了模块化多电平电池储能系统直流侧的等效模型,发现系统直流侧可以用两个电压源和一个开关等效,其参数仅与调制比和桥臂模块数相关。在该模型的基础上,提出了一种桥臂电感取值的方法,可以在系统稳定状态下满足对直流电流纹波的设计要求。最后通过仿真验证了数学模型的准确性以及电感取值方法的有效性。

模块化多电平电池储能系统试验平台设计与实现

随着新能源接入比例的不断提高,电池储能系统在现代电力系统中发挥着重要作用。模块化多电平电池储能系统(modular multilevel converter battery energy storage system,MMC-BESS)是规模化电池储能系统中较有前景的拓扑结构。以模块化多电平拓扑为基础,设计MMC-BESS试验平台。构建以DSP和FPGA为控制核心的主控制器,设计系统的通信方式与控制方式。针对实际系统,建立Simulink仿真模型,根据仿真结果设计适合实际系统的元件参数与控制器参数,完成实际系统的软硬件构建。在不同工况下对实际系统工作波形进行分析,证明了设计的有效性。

模块化多电平电池储能系统相间环流研究

对模块化多电平电池储能系统的相间环流进行了研究,根据能量平衡关系推导出子模块电流表达式,得到了相簇总电压随电流的波动规律。结合仿真,计算出由子模块直流侧电压二倍频波动所产生的二倍频环流。分析指出上、下桥臂参数不一致将造成相间工频环流,而驱动信号不一致性和开关器件参数不一致性两个因素对相间环流影响不大。试验平台的测试结果验证了分析的正确性。

部分接入电池储能系统的模块化多电平换流器控制方法

部分接入电池储能系统的模块化多电平换流器(MMC with partly integrated BESS,MMCPBESS)可以在接入储能的同时节约建造成本,但其控制更加复杂。针对下桥臂接入储能电池的MMC-PBESS拓扑,建立数学模型及等效电路。在此基础上给出电容电压均衡策略,提出了上/下桥臂分控的控制策略,并分析了其运行边界。在MATLAB/Simulink平台搭建仿真模型,仿真了不同交直流功率比例的运行工况,所提控制策略可以在维持电容电压平衡的同时实现对电池充电的功能。该策略无需额外的环流计算,上下桥臂控制解耦,简单灵活。

基于模块化多电平逆变器的新型风电系统设计

为了优化风电系统的设计,本文分析了模块化多电平逆变器的应用。同时,强调了风能在环保方面的优势,并对未来电力市场中的模块化多电平逆变器技术进行了概述,包括其基础原理、主要类型和工作机制。进一步探讨了风电系统的基本组成和工作原理,特别是风机的电气系统和电网接入的策略。研究结果表明:模块化设计方法为风电系统提供了一个高效、灵活和可靠的解决方案,进一步推动了风电技术的应用和发展。

基于桥臂电流控制的模块化多电平储能系统谐波抑制策略

为解决模块化多电平储能系统(MMC-BESS)在背景谐波和死区效应等扰动下电能质量恶化的问题,提出一种基于桥臂电流控制的MMC-BESS谐波抑制策略。针对中压大容量应用场景的MMC-BESS谐波扰动问题,首先,分析交流背景谐波和死区效应对MMC-BESS的影响,建立交流背景谐波和死区时间对模块化多电平储能系统交、直流侧影响的数学模型;其次,建立MMC-BESS交流电流、直流环流和交流环流的解耦模型;在此基础上,提出基于桥臂电流控制的MMC-BESS谐波抑制策略,并给出详细的控制器参数设计过程和性能分析;最后,通过仿真和实验验证所提储能系统谐波抑制策略的有效性和可行性。

基于模块化多电平换流器的电池储能系统控制策略

针对基于模块化多电平换流器的电池储能系统,提出了电网电压对称运行和电网电压不对称运行情况的通用控制策略。其控制策略主要包括输出功率控制、电池荷电状态(SOC)均衡控制以及并网电流直流分量抑制。SOC均衡控制分为相间SOC均衡、桥臂间SOC均衡以及桥臂内SOC均衡。通过控制环流实现相间SOC均衡和桥臂间SOC均衡;通过调节各个子模块输出电压工频分量,实现桥臂内各子模块的SOC均衡。首先对基于模块化多电平换流器的电池储能系统的模型进行了详细分析;基于等效模型,提出了相应的控制策略。最后,通过仿真以及实验对所提出的控制策略进行了验证。

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。

霍尼韦尔为IONICTM模块化锂电储能系统配备灵活的电池管理系统

2023年9月21日,霍尼韦尔宣布将与美国电池管理系统供应商Nuvation Energy合作,将该公司完善的电池管理系统(BMS)整合到霍尼韦尔IonicTM模块化锂电储能系统中。作为该领域中的前沿产品,Nuvation Energy的电池管理系统非常灵活,能提供关于电池性能的深刻洞见。该系统易于安装和维护,为工商业客户提供了一款高性价比且可靠的解决方案。

基于模块化级联拓扑的高压直流直挂储能装置

为了提升柔性直流输电的有功功率调节能力及惯量支持能力,研究了基于模块化级联拓扑的高压直流直挂储能技术,探索了高压直流直挂储能的工程化实施方案、控制系统架构及控制策略,提出了基于子模块电池荷电状态排序的改进型最近电平逼近调制策略,用于解决电池荷电状态及子模块开关频率整体均衡的问题。给出了高压直流直挂储能关键参数的计算方法。研制了基于磷酸铁锂电池的高压直流直挂储能模块及控制系统样机,搭建了含高压直流直挂储能的柔性直流输电系统的电磁暂态仿真模型和基于串联变流器的试验平台,通过系统仿真及样机试验验证所提高压直流直挂储能方案的可行性。

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。

基于复用桥臂的储能型模块化多电平换流器

基于模块化多电平换流器的高压直流(MMC-HVDC)输电技术已成为大规模、远距离风电场并网的理想解决方案。在风电渗透率较高时,风电场经MMC-HVDC并网系统呈现低惯量特性,增加储能系统并辅以适当的控制策略是提高系统惯量的方法。文中提出了一种基于复用桥臂的储能型模块化多电平换流器类全桥子模块拓扑,研究了该拓扑的调制和控制策略,并通过类全桥子模块和半桥子模块的混合,降低系统的成本和损耗。与单级式半桥子模块拓扑相比,所提拓扑对电池电压的要求显著降低,可以平滑电池电流;与两级式半桥子模块相比,所提拓扑具有直流故障阻断能力。最后,仿真和实验结果验证了所提拓扑和调制及控制策略的有效性。

基于混合子模块柔直换流阀的海上风电并网系统优化启动策略

近年来由一定比例的半桥子模块(HBSM)和全桥子模块(FBSM)组成的混合型换流阀被大量应用于海上风电柔性直流输电系统,使其具有直流故障穿越能力。在基于混合型模块化多电平换流器(H-MMC)的海上风电柔直并网系统中,快速、有效的预充电是整个系统正常启动的基础。由于全桥子模块和半桥子模块吸收电能的速度具有差异性,因此两类子模块在柔直系统启动过程中会出现分压不均的问题。通过分析两类子模块的充电机理,提出了一种利用均压调制系统的优化启动策略。该策略解决了海上风电柔直系统启动后子模块电压不一致的问题,并降低了海上风电柔直系统启动失败的风险。最后,基于所提出的策略在PSCAD/EMTDC仿真环境中对基于混合型MMC换流阀的海上风电柔直系统启动过程进行仿真,验证了优化启动策略的有效性。

基于隔离型模块化多电平换流器的中压直流柔性互联配电系统稳定性分析

中压直流柔性互联配电系统作为连接高压输电网和低压直流配电网的纽带,可实现源-网-荷-储的灵活接入,适用于未来城市能源互联网。建立了基于隔离型模块化多电平换流器的中压直流柔性互联配电系统小信号等效电路,推导了中压直流端口的阻抗模型,通过对比仿真测量与解析计算结果验证所建模型的准确性,并利用所建精确模型进一步研究电路参数和控制参数变化对系统稳定性的影响。在MATLAB/Simulink仿真平台搭建中压直流柔性互联配电系统的仿真模型,验证了所提小信号阻抗模型的准确性。

基于模块化多电平变换器的储能系统综述

储能系统是当前和未来新能源电力系统中的关键组成部分,储能系统的引入促进了电网结构的优化,实现了新能源的友好接入和协调控制。模块化多电平换流器(Modular multilevel converter,MMC)作为多电平换流器家族中的一员,在中高压大功率场合有着广泛的应用。对基于模块化多电平变换器的储能系统的研究情况进行归纳和总结。首先简要介绍了MMC的拓扑结构和技术特点,其次对各种储能技术的概况进行总结。然后着重讨论了储能单元接入MMC的方式和带有储能装置的MMC的调制策略、子模块电容电压均衡、主电路参数设计、控制方面等关键技术的研究进展情况。最后对基于模块化多电平变换器的储能系统研究的重点问题提出了建议。

电池储能型模块化多电平变换器的混合模型预测控制方法

将模块化多电平变换器(MMC)作为电池储能系统(BESS)的并网变换器,可在实现高压并网的同时兼具控制的灵活性。针对电池储能型模块化多电平变换(B-MMC)系统,提出一种可有效减小计算量的混合型模型预测控制(H-MPC)方法。该H-MPC方法由PI控制和MPC组成。其中,PI控制部分用于求取满足交流电流输出和环流控制要求的子模块接入个数;MPC则负责共模电压(CMV)抑制,对子模块接入个数进行适当调整。结合子模块接入个数与电池组荷电状态(SOC)的排序结果,即可产生具体开关信号。针对不同应用场合,PI控制部分和MPC的控制目标选取要更为灵活。以环流控制为例,对其包含于MPC部分的情况进行简要分析。最后通过Matlab/Simulink仿真和实验,验证了该方法的正确性与有效性。

基于储能型模块化多电平系统的多时间尺度控制策略

将模块化多电平变换器作为电池储能装置的并网变换器,可在平抑新能源输出功率波动的同时实现储能装置的直接并网,降低了系统成本。对于大规模电池储能装置而言,如何延长其使用寿命一直是学术界和工业界的研究热点。基于此,提出了一种适用于储能型模块化多电平系统的多时间尺度控制方法。根据不同的时间尺度划分,可将整体控制分为三层,并为每层控制设定了各自的控制目标。在该控制方式下,仅需估算每个电池组的相对健康程度,即可确定各子模块的输出功率,进而改善电池组的健康状况,使其趋于一致,延长储能系统的使用寿命。最后通过Matlab仿真和实验验证了该控制方法的有效性和可行性。

蓄电池储能系统的模块化均压拓扑研究

基于蓄电池的储能系统中采用多个电池串联,由于蓄电池单体的特性差异导致储能系统充放电过程中某些电池电压过高或过低,缩短了系统寿命,降低了可靠性。为此,提出了一种适用于大规模蓄电池单体均压的模块化拓扑结构,分析了其开关状态和等效电路模型,得出了能量转移规律和模型,建立了均压电路的控制策略,仿真和实验结果表明,所提出的均压电路工作正确,可以实现多个蓄电池单体的串联均压,且扩展性好,控制简单,具有较好应用前景。

模块化全钒液流电池储能系统

以全钒液流电池(VRB)为研究对象,建立VRB模型并进行仿真分析,基于模块化设计VRB系统、能量转换系统(PCS)和监控系统进行模型分析和实验,并针对风电场进行整体系统仿真分析。实验和仿真结果证明了该控制方法的可行性和有效性。