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。

直流微网蓄电池-SMES混合储能系统容量配置方法

配置混合储能系统(HESS)可以有效减轻光伏发电输出功率波动性对直流微网的安全可靠运行带来的不利影响。为了更好地利用超导磁储能(SMES)响应速度快、功率密度高、效率高、可以无损储存电能等优点,基于与蓄电池组合而成的HESS的互补特性提出了以提高HESS经济性为目标的能量管理策略。对蓄电池-SMES HESS建立系统全生命周期成本(LCC)模型及其约束条件。对HESS进行容量优化配置可以有效降低系统成本,在满足系统功率要求的前提下,将最小LCC作为目标函数,通过引入加速因子的粒子群算法对系统容量进行配置,并结合算例建立微网模型,验证所提容量配置策略的有效性。

蓄电池/超导混合储能系统非线性鲁棒分数阶控制

针对电动汽车(Electric Vehicle,EV)供电端的蓄电池/超导混合储能系统(Battery/SMES Hybrid Energy Storage Systems,BSM-HESS)设计了一种新型非线性鲁棒分数阶控制(Nonlinear Robust Fractional-Order Control,NRFOC),从而快速精准地跟踪负荷需求变化。首先,基于规则式策略(Rule-Based Strategy,RBS)实现最优的负荷需求分配。然后,通过高增益扰动观测器(High-Gain Perturbation Observer,HGPO)对BSM-HESS的非线性、参数不确定性和未建模动态聚合而成的扰动进行快速估计,最终该扰动通过NRFOC进行在线完全补偿。此外,NRFOC不依赖于精确的系统模型,仅需测量蓄电池电流和直流侧电压两个状态量。通过三种算例进行研究,即重载条件、轻载条件以及参数不确定性,仿真结果验证了NRFOC的有效性和鲁棒性。

超导磁储能-蓄电池混合储能系统在平抑风电场功率波动中的应用

超导磁储能(SMES)系统拥有高功率密度和零电阻特性,其作为一种新型储能装置应用于电力系统是未来的必然趋势。为了更有效地平抑风电场的功率波动,以SMES和蓄电池储能系统(BESS)组成的混合储能系统(HESS)为研究对象,设计了一种分层控制策略。首先,在装置层中设计了SMES的PI加功率前馈控制器,使SMES具有稳定的直流运行电压;其次,在系统层提出了基于经验模态分解、模糊控制以及优化控制的策略,使HESS在功率分配的同时维持储能装置的荷电状态(SOC)于良好的水平,从而最大程度地补偿风电场出口的功率波动,实现风电场可靠的并网。仿真结果验证了所提出的HESS分层控制策略的有效性,为实现SMES和BESS之间不同功率、能量特性间的互补提供了新的思路。

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。

新能源发电系统中混合储能系统电路建模及其控制技术

该文主要探究新能源发电系统中混合储能系统的组成架构,以及蓄电池SOC的估算方法与控制策略。混合储能系统主要由超级电容和蓄电池两个储能单元,以及双向DC/AC变换器组成,可以保证风电和光电的功率稳定输出,提高新能源并网的安全性。通过建立二阶蓄电池模型,提出一种基于卡尔曼滤波的蓄电池SOC估算方法和控制策略,并使用Matlab软件构建混合储能系统的仿真模型,对该控制策略进行验证。结果表明,在蓄电池SOC估算与控制策略下,蓄电池的实际SOC值能始终处于设定的安全阈值内,能够保证蓄电池的正常运行,延长蓄电池的寿命。

混合储能系统拓扑及其多模式综合协调控制

在分布式发电系统中,储能系统要同时具备高功率密度和高能量密度的特点,单种储能元件往往难以达到这个要求,蓄电池与超级电容在性能上具有很强的互补性。此处将蓄电池与超级电容分别通过双向半桥变换器连接到直流母线上构成混合储能系统(HESS),蓄电池稳定直流母线电压以维持母线上能量供需平衡,超级电容迅速提供负载波动功率高频分量,抑制负载突变对直流母线造成的冲击。分析了负载功率高频分量的检测方法,建立了双向半桥变换器的数学模型和4种模式下的控制策略。利用DSP实现储能系统的综合控制,通过仿真和实验验证了系统控制策略的有效性。

蓄电池与超级电容混合储能系统的控制策略

在分布式发电系统中,储能系统要同时具备高功率密度和高能量密度的特点,单种储能元件往往难以达到这个要求,蓄电池与超级电容在性能上具有很强的互补性。本文将蓄电池与超级电容分别通过双向半桥变换器连接到直流母线上构成混合储能系统,蓄电池稳定直流母线电压以维持母线上能量供需平衡,超级电容迅速提供负载波动功率高频分量,抑制负载突变对直流母线造成的冲击。分析了负载功率高频分量的检测方法,建立了双向半桥变换器的数学模型和四种模式下的控制策略。利用DSP实现储能系统的综合控制,通过仿真和实验验证了系统控制策略的有效性。

超级电容器与蓄电池混合储能系统在微网中的应用

由于微网中含有发电单元输出功率与负荷功率2组不相关随机变量,储能需要频繁吸收(发出)有功功率以维持微网的稳定运行,这对传统蓄电池储能的工作状况产生了较大的负面影响,缩短了其使用寿命。文中提出了适用于微网的超级电容器与蓄电池混合储能结构,采用统一建模方法进行了建模,并采用小信号分析方法推导了储能的稳定条件。针对该混合储能结构,采用多滞环调节控制策略提高了储能的灵活性与实用性。利用超级电容器功率密度高和循环寿命长的优点,通过控制双向DC/DC变换器实现对蓄电池充放电过程的优化控制,可以避免蓄电池单独储能时的容量浪费,延长其使用寿命,提高储能的技术经济性。仿真和实验结果验证了所提出的混合储能结构及其控制策略的有效性。

超级电容器蓄电池混合储能独立光伏系统研究

建立了混合储能系统的数学模型,对系统性能的提升进行了定量分析。提出了一种无源式并联储能方案,并应用于独立光伏系统中,仿真和实验结果表明,在光伏系统的发电功率和负载功率脉动的情况下,蓄电池的充放电电流比较平滑。合理配置超级电容器组的容量,可以减少由于日照量变化所导致的蓄电池充放电小循环次数。对解决光伏等可再生能源系统中蓄电池储能的问题,具有现实意义。

蓄电池-超导磁体储能系统平抑间歇性电源出力波动的研究

分析了使用蓄电池-超导磁体混合储能系统平抑间歇性电源出力波动的基本原理,给出了电源并网装置和混合储能装置的拓扑结构以及二者间的接口电路。设计并实现了基于中央控制单元和本地控制单元双层控制结构的储能控制系统,中央控制单元使用滑动平均滤波器分离功率指令中的低频成分再指派给蓄电池承担,并将剩余快速变化分量分配给超导磁体承担;本地控制器使用PI控制规律控制蓄电池和超导磁体分别跟踪功率指令和电压指令。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了所设计系统与控制方法的有效性。

超导储能蓄电池混合储能在风力发电中的应用

风力发电输出功率的波动性导致其直接并网会对电网带来不良影响,需要电力储能装置来提高并网性能,而常用的单一电池储能由于受到充放电次数的限制而易损坏。在建立用于平滑风电功率波动的超导储能和电池储能的混合储能模型基础上,设计超导储能用于平抑高频尖峰功率,电池储能用于平抑低频波动功率,并给出了两种储能装置的功率和容量确定方法。算例的仿真结果表明该方法同单一电池储能相比,可以有效地平抑风场并网的功率波动并减小电池的功率等级,减少电池的充放电次数和放电深度,从而延长了电池使用寿命。

独立光伏系统中超级电容器蓄电池有源混合储能方案的研究

超级电容器与蓄电池混合使用,可以充分发挥蓄电池能量密度大和超级电容器功率密度大、循环寿命长的优点,大大提升储能系统的性能。针对独立光伏系统的特点,设计了一种有源式混合储能方案,建立了系统的模型和控制环节。实验结果表明,在光伏发电功率和负载功率脉动时,蓄电池能够工作在优化的充放电状态,并能够有效地减少充放电小循环次数。对解决光伏等可再生能源系统中的储能问题,具有现实可行性。

蓄电池-超级电容混合储能系统放电控制策略

提出了一种针对直流照明负载的超级电容-蓄电池混合储能系统放电控制策略。该方案利用简单的电力电子控制电路,合理控制超级电容与蓄电池放电顺序,利用超级电容功率密度高、瞬时放电电流大的优势应对突加负载带来的冲击性电流,减小对蓄电池的冲击,利用仿真软件对该放电控制策略进行了全过程仿真。仿真结果表明:该控制方法可以有效减少放电初期冲击电流对蓄电池的影响,延长蓄电池使用寿命。

蓄电池-超级电容混合储能系统性能优化

风能和太阳能的不确定性和负载功率突变都会引起直流母线电压波动,从而影响连接于直流母线的功率变换器电能质量,配置混合储能系统(HESS)可以提高直流母线电压性能和保证系统功率平衡。针对蓄电池-超级电容混合储能系统,本文采用蓄电池储能系统稳定直流母线电压,超级电容储能系统采用基于高通滤波器的单电流环的控制策略,建立 HESS控制模型,推导出在负载扰动下直流母线波动电压的时域表达式,以此为基础详细分析电压外环开环剪切频率ωcv和高通滤波器转折频率ω0与ωcv的比值kH对HESS抗干扰性能和超级电容容量的影响,得出HESS控制参数设计方法。按最大剪切频率fcvmax设计电压外环以达到整体优化系统性能和降低成本的目的。kH的约束条件为kH≤0.5,并给出不同目标下 kH 选择依据。通过设计HESS控制参数,可以有效抑制直流母线电压波动,达到优化系统性能的目的。最后,通过2MW储能系统仿真模型和小功率实验平台的结果验证了理论分析的正确性和可行性。

直流系统混合储能与蓄电池单独储能的对比

针对变电站和发电厂直流系统中铅酸蓄电池容量裕度高、输出功率易下降、可靠性低等问题,结合超级电容器比功率大的优点,使用两者组成了一种混合储能直流系统,改进现有的铅酸蓄电池单独储能系统。首先对比分析了超级电容器与铅酸蓄电池的技术参数;然后给出了混合储能直流系统的电路拓扑、工作原理和相关元件数学模型;最后,针对突加负载的工况,分别通过仿真计算和实验研究,对比分析了蓄电池单独储能与混合储能系统的性能。结果表明,混合储能系统能够有效提高直流系统输出功率,减小蓄电池配置容量裕度,增强系统可靠性,具有良好的工程应用价值。

独立光伏系统的超级电容和蓄电池混合储能系统研究

对于独立光伏发电系统,通常需要储能系统来保证供电的稳定性和持续性。为了吸收光伏电池发出的脉动功率,从而抑制直流母线的电压波动,并满足向负载提供短时大功率的需求,提出了采用超级电容器和蓄电池混合储能方案,并进行了充放电仿真分析,验证了超级电容的蓄电池充放电特点,提出了充放电控制策略。

基于可变分频点的SMES-VRB混合储能系统在风电并网中的应用

为了平抑风电并网引起的功率波动,以超导磁储能(SMES)和全钒液流电池(VRB)组成的混合储能系统(HESS)为研究对象,针对变流器控制设计了基于径向基函数(RBF)神经网络的比例积分控制器,可根据HESS的动态辨识结果实时改变控制参数,有利于HESS功率指令跟踪和直流侧电压稳定。针对风电的功率分配,采用小波包分解,首先秉持“能者多劳”的原则,设置根据储能荷电状态变化的分频点,灵活分配高、低频功率,从而最大限度地利用储能空间;然后基于VRB能量密度大和使用寿命长的特点,在SMES充放电不足时给予援助性功率支撑,协助SMES迅速恢复最佳状态,有利于更加充分地平滑风电功率波动。在MATLAB/Simulink平台上建模仿真,结果验证了所提方法的优越性。

光伏发电和蓄电池储能混合发电系统的经济性分析

对我国台湾省南部一电力公司为用户安装的光伏发电和蓄电池储能(PV-BESS)混合发电系统进行成本分析,其中考虑的因素包括:负荷特性、系统使用费用(如高峰、低谷时的充电费用)、PV-BESS参数及投资和运行成本等。给出成本分析计算公式,并对经济灵敏度分析方法做了介绍。

光伏发电和蓄电池储能混合发电系统的经济性分析

利用光伏发电(PV)系统有利于缓解夏季日用电高峰所带来的压力，将PV系统和蓄电池储能系统(BESS)联合应用，可获得更大的经济价值。文章对我国台湾省南部一电力公司安装的一套光伏发电和蓄电池储能(PV-BESS)混合发电系统进行了成本分析，其中考虑的因素包括：负荷特性、