A distributed VSG control method for a battery energy storage system with a cascaded H-bridge in a grid-connected mode

With the high penetration of renewable energy,new challenges,such as power fluctuation suppression and inertial support capability,have arisen in the power sector.Battery energy storage systems play an essential role in renewable energy integration.In this paper,a distributed virtual synchronous generator(VSG)control method for a battery energy storage system(BESS)with a cascaded H-bridge converter in a grid-connected mode is proposed.The VSG is developed without communication dependence,and state-of-charge(SOC)balancing control is achieved using the distributed average algorithm.Owing to the low varying speed of SOC,the bandwidth of the distributed communication networks is extremely slow,which decreases the cost.Therefore,the proposed method can simultaneously provide inertial support and accurate SOC balancing.The stability is also proved using root locus analysis.Finally,simulations under different conditions are carried out to verify the effectiveness of the proposed method.

Performance Analysis of Multi-Energy Hybrid System Based on Molten Salt Energy Storage

This paper briefly summarizes the current status of typical solar thermal power plant system,including system composition,thermal energy storage medium and performance.The thermo-physical properties of the storage medium are some of the most important factors that affect overall efficiency of the system,because some renewable energy sources such as solar and wind are unpredictable.A thermal storage system is therefore necessary to store energy for continuous usage.Based on the form of storage or the mode of system connection,heat exchangers of a thermal storage system can produce different temperature ranges of heat transfer fluid to realize energy cascade utilization.Founded upon the review,a small hybrid energy system with a molten-salt energy storage system is proposed to solve the problems of heating,cooling,and electricity consumption of a 1000 m2 training hall at school.The system uses molten-salt storage tank,water tank and steam generator to change the temperature of heat transfer fluid,in order to realize thermal energy cascade utilization.Compared to the existing heating and cooling system,the proposed system needs more renewable energy and less municipal energy to achieve the same results according to simulation analysis.Furthermore,by improving the original heating and cooling system,PMV has been improved.The comprehensive efficiency of solar energy utilization has been increased to 83%.

Neural Network and Fuzzy Control Based 11-Level Cascaded Inverter Operation

This paper presents a combined control and modulation technique to enhance the power quality(PQ)and power reliability(PR)of a hybrid energy system(HES)through a single-phase 11-level cascaded H-bridge inverter(11-CHBI).The controller and inverter specifically regulate the HES and meet the load demand.To track optimum power,a Modified Perturb and Observe(MP&O)technique is used for HES.Ultra-capacitor(UCAP)based energy storage device and a novel current control strategy are proposed to provide additional active power support during both voltage sag and swell conditions.For an improved PQ and PR,a two-way current control strategy such as the main controller(MC)and auxiliary controller(AC)is suggested for the 11-CHBI operation.MC is used to regulate the active current component through the fuzzy controller(FC),and AC is used to regulate the dc-link voltage of CHBI through a neural network-based PI controller(ANN-PI).By tracking the reference signals fromMC and AC,a novel hybrid pulse widthmodulation(HPWM)technique is proposed for the 11-CHBI operation.To justify and analyze the MATLAB/Simulink software-based designed model,the robust controller performance is tested through numerous steady-state and dynamic state case studies.

基于新能源-负荷相似性的源荷储协调调峰优化调度

合理利用可调节负荷的响应特性来实现源荷储的协调调度,可有效缓解新能源、负荷的不确定性所带来的调峰压力。基于新能源-负荷(NER-L)相似性,建立可调节负荷响应目标。基于相关系数,建立能准确刻画负荷对新能源出力跟踪匹配程度的NER-L相似性指标,并将指标引入所建源荷储协调调峰的双阶段优化调度模型。第一阶段模型以NER-L相关系数最大为目标,确定可调节负荷在各时段的响应功率并获得最优电网负荷;第二阶段模型以弃风弃光量最小、调峰运行成本最低为目标,优化火电机组及储能出力。以IEEE 30节点系统为例,对NER-L相似性、净负荷峰谷差、系统调峰运行经济性及新能源弃电功率进行计算分析,结果验证了所提模型的有效性。

基于光储混合配置的级联H桥型光伏逆变器功率平衡策略

级联H桥(cascade H-bridge,CHB)变换器由于其模块化结构,已成为大规模光伏(photovoltaic,PV)并网逆变器的优选方案。然而,在不同光照强度和温度下,不同区域PV组件之间发电功率不同,导致CHB变换器相间输出功率不均衡、不稳定等问题。为此,文中提出一种基于CHB结构的光储混合电能路由,在三相CHB光伏逆变器中配置少量的储能模块,利用光储协同控制,维持CHB内部功率稳定,消除分布式PV在相间产生的不均衡功率,且变换器输出功率能够时刻满足网侧上层功率调度,提高了光伏电站的稳定性。针对系统安全区域,在载波移相调制策略下,全桥子模块传输的功率受到约束,并对光伏和储能模块的配置作详细分析。最后,通过仿真以及实验验证所提拓扑及控制策略的正确性和有效性。

基于储能和水电调节的跨区风光水联合优化调度策略

针对大规模新能源经特高压直流通道跨区并网消纳,在送端采用储能调节满足直流通道直线化功率传输等约束的同时,如何减小风光入网扰动度问题;在受端采用水电调节满足风光水跟踪电网负荷变化趋势,如何解决水电调节的利益受损问题,构建了风光水跨区域联合运行的三阶段调度模型.首先,在送端基于储能调节,构建了考虑受端电网净负荷变化趋势的风光功率直线化分段调节多目标优化模型;其次,在受端基于梯级水电调节,实现风光水联合功率跟踪电网负荷变化,构建受端电网与风光水联盟主从博弈模型,优化电网电价和联盟售电计划;最后,构建了基于纳什谈判的联盟利润分配模型,实现合作后各成员利润较合作前得到提升,维系联盟合作机制的稳定.仿真算例结果表明,采用本文方法可有效提升调节资源利用效率,保证水电调节利益,促进新能源消纳.

无功补偿与储能集成系统中H桥级联型功率变换器相内SoC快速均衡

无功补偿与储能集成系统应用于风、光电站具有经济性,其中H桥级联型功率变换器具有低功率因数运行特点,提升其相内SoC均衡速度有助于提升电池安全和储能系统容量利用率。在调制约束下,考虑相内SoC均衡中电压无功分量的叠加,分析不同功率因数时功率单元的SoC均衡能力。基于分析,提出相内SoC的快速均衡方法,设计均衡控制电压有功分量叠加方法,充分利用功率单元的SoC均衡能力。基于各功率单元叠加的电压有功分量设计相应单元的无功分量叠加方法,提升功率单元的SoC均衡能力。仿真分析验证了相内SoC快速均衡控制的有效性。

基于动态可重构电池网络的大规模退役动力电池梯次利用储能系统运行性能评估

退役动力电池因其一致性差、安全性薄弱等缺陷在梯次利用时面临巨大挑战。动态可重构电池网络(dynamic reconfigurable battery network,DRBN)能够有效提高退役动力电池梯次利用储能系统的一致性和安全性。目前DRBN储能系统已经进入工程应用阶段,然而现有的研究缺少对大规模DRBN储能系统的运行性能评估。为此,以实际运行的大规模退役动力电池梯次利用储能系统作为分析对象,选取储能系统中80个DRBN的1个月运行数据进行分析。从运行工况、均衡效果、薄弱辨识三个方面验证了DRBN储能系统对电池模组一致性的提升效果。数据分析表明,90%的DRBN一致性良好,且其他一致性较差的DRBN都能够被准确辨识。

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。

适用于直流链式储能的电池簇荷电状态自均衡控制策略

电池储能系统凭借其可提高可再生能源消纳能力的优势逐渐成为电网关键环节,其中的生产、使用环节导致的电池不一致性是影响储能系统容量和寿命的重要因素。在直流型高压级联链式储能的拓扑结构基础上采取分级控制策略,基于电压模式和功率模式的一级控制,针对链式电池储能系统电池荷电状态(SOC)不均衡的问题,提出了一种控制参数自适应的SOC自均衡控制策略。该策略综合考虑电池SOC偏差、各模块电容电压水平、直流系统电压控制裕度以及输出调制比上下限,实时计算均衡系数。实验结果验证了所提策略能够在SOC偏差较大以及满功率充放电切换的极端工况下,实现SOC自均衡,均衡效率较高。

混合储能系统载波移相充放电控制策略

为了提高混合储能运行的安全性和灵活性,确保储能模块的均衡性和一致性,首先针对电磁发射负载复杂的运行特性,设计了一种混合储能分组级联拓扑结构,详细介绍了其工作原理和4种运行模式;然后,开展了针对混合储能分组级联拓扑的载波移相充放电控制的研究,分别结合锂电池充电模式、超级电容充电模式以及电磁发射驱动模式,研究了载波移相策略的应用方法和充放电策略;最后,针对上述3种模式分别进行了试验,验证了载波移相策略的可行性以及在锂电池模块故障状态下瞬时旁路的功能,同时证明了该策略具有提高系统灵活性、保持各锂电池储能模块均衡性和一致性的优势特点。

储能/发电机级联式供电系统功率传输控制策略

随着可再生能源渗透率的不断提升,区域电网惯性逐步降低,暂态支撑能力严重不足,给电网带来了一系列安全问题。文中提出一种储能与开绕组永磁同步发电机(open-winding permanent magnet synchronous generator,OW-PMSG)级联供电的新型分布式并网发电拓扑,在保证可再生能源消纳的前提下,重新利用原有柴油机,为电网提供功率后备以及惯量支撑。通过对OW-PMSG进行建模以及系统功率流矢量分析,设计基于源网相位差闭环控制的功率传输策略,实现发电机的稳定同步运行。基于该策略,拓扑中的储能变流器可具备同步发电机特性,实现了电网惯性和暂态支撑能力的进一步提升。仿真结果验证了所提控制策略的有效性。

基于级联式模糊控制的电氢耦合直流微网能量管理策略研究

针对电氢混合储能系统在平抑直流微网中功率波动时面临的功率分配问题,提出了一种基于级联式模糊控制的电氢耦合直流微网能量管理策略。该策略中一次模糊控制器依据储氢罐储氢状态(stateofhydrogenstorage,SOH)与锂电池荷电状态(state of charge, SOC)求解出一次功率分配因子,对直流微网净功率进行一次分配;二次模糊控制器结合一次功率分配参考值与SOH对一次功率分配因子作出校正。此外,为使氢储能系统中具有非线性工作特性的电流控制型装置(电解槽、燃料电池)能够对能量管理系统作出高效响应,采用插值法将功率分配参考值转换为电流参考值。通过Matlab/Simulink仿真结果证明,所提能量管理策略有效缩小了氢储能系统在非合理区间的功率波动范围并提高了氢储能系统中装置的响应精度与速度。

基于功率变换器的梯次利用电池系统均衡控制策略

梯次利用是一种处理退役锂电池的经济高效的方法。但是在电池梯次利用过程中,存在不同新旧状态电池混用而导致的不均衡问题,会影响电池系统的安全稳定运行。本工作分析了梯次利用电池直接并联时,由于不均衡导致的电流环流以及系统容量利用率低的问题。为解决这一问题,本工作提出一种基于功率变换器的梯级电池并联系统结构及均衡控制算法。所提方法将每个电池模组和功率变换器相连组成一个功率模组,通过调节电压环路、电流环路、荷电环路的输出,分别控制每个电池模组的充放电电流,最终实现梯次利用电池均衡优化控制策略。本工作给出了系统控制策略的详细分析和实验结果讨论,以评估和验证所提均衡方法的有效性。实验测试表明,在使用相同健康程度电池、不同健康程度电池以及变负载等测试情况下,本工作所提梯次利用电池均衡控制策略都能够稳定、有效控制不同电池电流,保证电池之间的荷电参数均衡,提高了电池系统整体效率。本研究可以促进废旧电池的有效梯次利用,并为电池系统均衡控制提供新思路。通过实现电池的均衡利用,可以延长电池的使用寿命,降低系统故障风险,提高系统的可靠性和稳定性。

一种考虑储能的电力信息物理系统连锁故障阻断控制策略

电网信息物理高度融合背景下,为了降低电力信息物理系统发生跨空间连锁故障的风险,提出一种计及储能配置的连锁故障阻断控制优化策略。首先,基于电力系统可观可控性构建信息物理多重交互机理,并根据系统间交互阐明过载主导型连锁故障的演化过程。同时在现有调控手段基础上考虑储能入网对连锁故障阻断控制的影响。并将阻断控制表述成多阶段最优潮流问题,获得兼顾安全性与经济性的连锁故障控制方案。采用IEEE-118节点系统对不同控制策略进行对比,验证了所提控制优化策略的有效性,并分析了储能规模对阻断控制的影响。

级联半桥拓扑直流直挂储能装置的设计

随着海上风电、光伏等新能源的大规模建设,产生了直流输电、交直流互联和储能的应用需求。目前储能技术的研究和应用主要集中于交流储能领域。模块化多电平电池储能系统(modular multilevel converter based battery energy storage system,MMC-BESS)虽然在交直流互联的同时,实现了储能的功能,但电池中流过的工频、二倍频等脉动电流成分对电池寿命有潜在影响,且传统的模块化多电平(modular multilevel converter,MMC)换流站的改造成本高。本工作提出的直流直挂储能装置将换流和储能分离,电池电流仅为直流和高频脉动成分,工况对电池友好,且直流直挂储能系统需要电池单体数量仅为MMC-BESS的1/6,成本低。对直流直挂储能装置的拓扑结构及工作原理进行分析;对级联子模块的数量和参数进行设计;基于载波移相调制,推导直流纹波电流,进而对并网电感参数进行设计;建立直流直挂储能装置的数学模型,推导控制模型,根据控制框图进行功率控制。最后,通过仿真和样机实验,验证该半桥拓扑级联型直流直挂储能装置设计的可行性及正确性。实验证明,该设计和控制方法效果良好,对高压大容量直流直挂储能装置的设计有一定参考价值。

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。

固废焚烧与脱碳燃煤发电机组耦合系统性能分析

现有碳捕集技术能耗巨大,成本难以承受。同时,近年来我国的城市固体废物量急剧增加,垃圾焚烧作为一种合适的垃圾处理与能源回收技术,相较燃煤电厂,其热效率较低,造成一定能量浪费。因此,为了降低碳捕集的热量消耗,同时提高城市固体废弃物的热利用率,提出了一种创新的耦合系统,将垃圾发电厂与燃煤发电厂以及碳捕集技术基于能量梯级利用原则结合在一起,创新点有(1)城市固体废弃物燃烧热的高品位部分用于加热燃煤发电厂的再热蒸汽,提升了其利用效率;(2)城市固体废弃物燃烧热的低品位部分用于碳捕集系统的再沸器,降低了抽汽引起的热损失;(3)由于系统集成,垃圾发电厂的设备得到精简,降低了系统复杂度,且避免了一部分能量损失。基于现有电厂的设计参数,进行了参考系统建模与耦合方案设计,并使用能量分析与?分析对创新系统进行了评价。结果表明,提出的耦合系统净发电的热效率提高了0.66%,?效率提高了0.64%,净发电量增加了5.39 MW。

基于广义目标级联法的多牵引变电站光伏-储能协同规划配置

为铁路牵引供电系统中牵引变电站接入光伏等新能源以及储能,是积极落实能源交通绿色融合发展战略的手段之一。协同规划各个牵引变电站的新能源储能容量,能够有效提升较长距离牵引供电网络的绿色化水平。该文以融通型牵引供电架构为基础,以“规划+运行”为基本思路,提出多牵引变电站光伏-储能协同规划配置方法。首先对负荷侧数据进行处理,同时建立光伏出力的概率模型;其次以经济性最优建立单牵引变电站优化规划模型,并采用广义目标级联(G-ATC)法,考虑投资、运行成本最小及弃光成本最小,构建同一铁路沿线多座牵引变电站的协同规划模型,对多站点进行协同规划配置;最后针对得到的协同规划配置方案进行了运行模拟,并以某货运铁路为例进行分析。结果表明,该方法能够合理、高效地完成多站点新能源-储能规划配置并满足系统运行需求,为既有基于融通供电型的牵引供电系统升级改造提供了可行方案。

混合储能系统增强型自抗扰协调控制

针对复杂扰动下微电网难以实现理想动态问题,依据分频框架和线性自抗扰控制(LADRC)理论,提出一种混合储能增强型自抗扰协调控制策略。该方案在外环中引入级联型线性扩张状态观测器(LESO)以输出理想的波动平抑指令,提高抗扰性。同时,在内环的自抗扰控制律中引入参考微分前馈以优化对外环输出指令的跟踪能力,进而改善动态性能。基于理论分析,从扰动观测精度、参考跟踪误差、扰动衰减等方面分析增强型自抗扰协调控制的优越性,并为参数整定提供指导思想。最后,在半实物仿真平台上对所提策略的性能进行对比测试,验证其可行性和有效性。