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。

兼具电池储能与无功补偿的高压直挂大容量系统四象限运行控制技术

高压直挂电池储能系统(battery energy storage system,BESS)采用H桥电路串联的方法升高电压后接入电网,将电池簇分散接入级联H桥变换器的直流侧,具有高度模块化的结构,对比低压方案具有单机容量大、效率高、响应速度快等明显优势。高压直挂BESS若能兼具无功补偿能力,实现系统四象限运行,将具有更大的成本优势和经济效益。电池簇接单相H桥变换器的结构,使得系统运行在高比例无功补偿工况时,电池簇电流在一个二倍基频的周期中会出现两次反向,导致电池运行在高频充放电的工况,这会对电池寿命和电池状态监测造成较大的影响。为解决这一问题,提出一种基于零序电压注入的高比例无功补偿控制方法,避免了二倍基频脉动电流对电池进行高频充放电,再通过优化零序电压的幅值和相位,最大程度上降低对电池的影响。

高压直挂大容量电池储能系统电池簇故障容错运行控制策略

高压直挂电池储能系统采用H桥电路级联方法升高电压后接入电网,将电池簇分散接入级联H桥变换器直流侧,具有高度模块化结构,对比低压方案具有单机容量大、效率高、响应速度快等明显优势。锂电池作为高能量密度储能介质,系统安全稳定运行高度依赖电池芯的可靠性。传统电池簇容错控制通过设置交流旁路开关直接实现整个子模块切除,该策略不仅需要额外增加多个冗余模块,增加了储能成本,且调制比限制使故障电池簇退出数量有限,系统容量利用率不高。该文所提电池簇容错策略通过直流断路器切除故障电池簇后,将故障子模块由有功充放电模式切换至无功容错模式继续运行,充分发挥故障模块的电网电压支撑能力。所提控制策略能实现任意数量电池簇退出,剩余电池簇仍可继续存储或释放能量,提升了系统容量利用率。

模块化多电平高压直挂电池储能系统

基于模块化多电平变换器(MMC)的高压直挂电池储能系统(MMC-BESS)将海量电芯分散到众多功率子模块中进行分割管控,能够克服电芯参数不一致、电池管理系统等对单机容量的限制。分析了MMC-BESS的拓扑结构、工作原理及其子模块直流侧固有的脉动电流成分,进而解析出在电池与功率子模块间引入LC无源滤波器参数对电池电流和直流侧电压成分的影响。电池和滤波电感支路接入后使得MMC-BESS相间环流产生的机理不同于传统的MMC,从理论上推导出环流与桥臂电抗和LC无源滤波器之间的耦合关系,进而提出了一种桥臂电抗和LC无源滤波器的参数设计方法。在MATLAB/Simulink中搭建了35 kV/100 MW/100MW·h的MMC-BESS,仿真结果验证了所提关键参数的设计方法及其对环流影响规律的正确性。

高压直挂大容量电池储能系统实时仿真及控制研究

电池储能具有响应速度快、功率密度高、安装地点无要求等特点,是目前十分有前景的储能技术之一。级联变流器用作大容量电池储能变流器时,能够省去工频变压器直接接入中高压电网,即高压直挂式电池储能系统,具备模块化、高电压直挂、单机大容量、多电平输出等优点。然而,目前国内外还缺乏计及电池外特性的高压直挂储能系统的实时仿真模型的研制以及基于实时仿真模型的控保策略研究。首先开发了国内外首个基于CPU和FPGA联合仿真的高压直挂大容量电池储能系统的实时仿真模型。其次以典型的35 kV高压直挂大容量电池储能系统为例,基于OPAL-RT的RT-LAB实时仿真平台,搭建了相应的实时仿真系统,能够支持控制保护系统的闭环接入。最后,多种工况下的测试结果能够验证实时仿真模型和控制保护策略的有效性,为高压直挂大容量电池储能系统的设计和控制优化提供技术支撑。

高压直挂大容量储能系统的电池堆分割方法

高压直挂电池储能系统每相所需电池单体数量巨大,这些电池单体可被等效看作一个大容量电池堆,级联的H桥功率单元将此电池堆分割成一定数量的电池簇接入其直流侧,不同分割簇数对应每相级联功率模块数,是系统的最重要参数,对系统性能影响显著,应综合考虑系统效率及安全性对分割簇数进行优化设计。系统效率及安全性与电池参数密切相关,但基于电池单体详细物理参数建立系统效率和安全性评估模型的实施难度大,因此,该文提出一种基于电池单体容量参数分布情况建立系统效率和安全性评估模型的方法,避免大量的电池参数辨识及海量数据的处理工作,为系统功率模块数优化设计提供了理论指导。

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。