基于模块化多电平换流器的电池储能系统控制策略
发布时间：2021-01-05 20:22
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。
【文章来源】：电力系统自动化. 2017,41(09)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图１ＭＭＣ－ＢＥＳＳ结构示意图Ｆｉｇ．１ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｄｉａｇｒａｍｏｆＭＭＣ－ＢＥＳＳ各个子模块的输出电压为：
均衡，各相电池组的ＳＯＣ重新归于一致。由图４可知，本文所提出的ＳＯＣ均衡控制策略能够有效应用于电网电压不平衡情况，实现良好的控制效果。图３三相并网功率及电池组输出功率仿真波形Ｆｉｇ．３Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｒｅｅｐｈａｓｅｏｕｔｐｕｔｐｏｗｅｒａｎｄｄｉｓｃｈａｒｇｉｎｇｐｏｗｅｒｏｆｂａｔｔｅｒｉｅｓ图４ＳＯＣ仿真结果Ｆｉｇ．４ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆＳＯＣ需要注意的是，在仿真中，仅以电网中最为普遍的单相接地故障为例，分析了通用调制策略的ＳＯＣ均衡能力。针对两相短路、两相接地短路等情况，可采用同样的方式对环流加以控制，进而达到良好的控制效果。３．２实验验证为了进一步验证本文所提出的控制策略，在实验室内部搭建了ＭＭＣ－ＢＥＳＳ实验平台。由于经费有限，每组桥臂中仅包含２个子模块，桥臂滤波电感Ｌａｒｍ＝１ｍＨ，交流滤波电感Ｌｓ＝２ｍＨ，子模块滤波电容ＣＳＭ＝５５０μＦ，载波频率为５０００Ｈｚ，电网电压幅值为２５Ｖ，每个子模块中的电池组均由３个标称为１２Ｖ／３．３Ａｈ的铅酸电池串联组成。附录Ｂ图Ｂ３为电网电压跌落５０％情况下的电网电压与并网电流实验波形。在电网电压单相跌落情况下，三相输出电流仍能保持对称，与附录Ｂ图Ｂ１所示的仿真结果保持一致。为了验证本文提出的通用ＳＯＣ均衡控制策略对直流环流和基频环流的调控作用，分别对其进行定参考值闭环控制实验验证，如附录Ｂ图Ｂ４所示。其中，图Ｂ４（ａ）包含Ａ相环流直流分量波形，其参考值为－１Ａ。由图Ｂ４（ａ）可知，
效调控环流中的基频分量，进而对上、下桥臂输出功率进行分配。Ａ相电压跌落５０％情况下的实验波形如附录Ｂ图Ｂ５所示，其中三相环流参考值均由附录Ａ图Ａ４所示ＳＯＣ均衡控制策略获得。为了维持三相电池组输出功率平衡，Ａ相通过直流环流向Ｂ相和Ｃ相传输能量。图５为放电情况下三相１２个电池组的ＳＯＣ均衡曲线。即使在初始ＳＯＣ相差较大的情况下，本文提出的ＳＯＣ均衡控制策略仍然能够有效实现ＳＯＣ均衡，与图４所示的仿真结果保持一致。图５ＳＯＣ均衡曲线Ｆｉｇ．５ＢａｌａｎｃｉｎｇｐｒｏｆｉｌｅｓｏｆＳＯＣ４结语针对电池储能型ＭＭＣ系统，本文设计了一种电网电压对称和不对称运行工况下通用的控制策略。该控制策略包括并网功率控制、子模块间ＳＯＣ均衡控制、环流控制和并网电流直流分量抑制。在电网电压不对称情况下，仍需要保持并网电流对称运行，同时维持电池组ＳＯＣ均衡。但是，在电网不对称情况下，三相并网功率的不一致会加剧相间电池组的ＳＯＣ差异。为了解决上述问题，本文通过控制环流直流分量实现了相间电池组输出功率的重新分配，在此基础上添加了桥臂间ＳＯＣ均衡和桥臂内ＳＯＣ均衡策略，进而实现了电池组间的ＳＯＣ均衡。最后，分别在ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ平台和实验室平台下搭建了ＭＭＣ－ＢＥＳＳ系统，验证了本文提出的ＳＯＣ均衡控制方法在不对称电网电压条件下的控１４８２０１７，４１（９）·研制与开发·
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于模块化多电平变换器的储能系统综述[J]. 李善颖,吴涛,任彬,徐永海,袁敞. 电力系统保护与控制. 2015(16)
[2]新型中点钳位三电平电池储能变流器设计及控制系统[J]. 闫涛,渠展展,刘赟甲,惠东,小林真一,张学龙. 电力系统自动化. 2015(03)
[3]模块化多电平换流器桥臂电流分析及其环流抑制方法[J]. 李国庆,辛业春,吴学光. 电力系统自动化. 2014(24)
[4]用于储能系统的梯次利用锂电池组均衡策略设计[J]. 马泽宇,姜久春,文锋,郑林锋,郭宏榆,时玮. 电力系统自动化. 2014(03)
[5]电网故障时基于双输入SOGI-FLL的新型电网快速同步方法[J]. 邓哲,周峰武,林辉品,候尧杰,吕征宇. 电工技术学报. 2013(12)
[6]改进型MMC-STATCOM的建模及分层控制[J]. 戴珂,徐晨,丁玉峰,康勇. 电工技术学报. 2013(12)
[7]基于MMC技术的光伏并网逆变器原理及仿真研究[J]. 贾林壮,冯琳,李国杰,李素非,江秀臣. 电力系统保护与控制. 2013(21)
[8]交流系统不对称时模块化多电平换流器的控制[J]. 周月宾,江道灼,郭捷,梁一桥,胡鹏飞,林志勇. 电网技术. 2013(03)
[9]大规模储能技术在电力系统中的应用前景分析[J]. 国家电网公司"电网新技术前景研究"项目咨询组,王松岑,来小康,程时杰. 电力系统自动化. 2013(01)
[10]可再生能源发电中的电池储能系统综述[J]. 丁明,陈忠,苏建徽,陈中,吴建锋,朱承治. 电力系统自动化. 2013(01)
本文编号：2959243
【文章来源】：电力系统自动化. 2017,41(09)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图１ＭＭＣ－ＢＥＳＳ结构示意图Ｆｉｇ．１ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｄｉａｇｒａｍｏｆＭＭＣ－ＢＥＳＳ各个子模块的输出电压为：
均衡，各相电池组的ＳＯＣ重新归于一致。由图４可知，本文所提出的ＳＯＣ均衡控制策略能够有效应用于电网电压不平衡情况，实现良好的控制效果。图３三相并网功率及电池组输出功率仿真波形Ｆｉｇ．３Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｒｅｅｐｈａｓｅｏｕｔｐｕｔｐｏｗｅｒａｎｄｄｉｓｃｈａｒｇｉｎｇｐｏｗｅｒｏｆｂａｔｔｅｒｉｅｓ图４ＳＯＣ仿真结果Ｆｉｇ．４ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆＳＯＣ需要注意的是，在仿真中，仅以电网中最为普遍的单相接地故障为例，分析了通用调制策略的ＳＯＣ均衡能力。针对两相短路、两相接地短路等情况，可采用同样的方式对环流加以控制，进而达到良好的控制效果。３．２实验验证为了进一步验证本文所提出的控制策略，在实验室内部搭建了ＭＭＣ－ＢＥＳＳ实验平台。由于经费有限，每组桥臂中仅包含２个子模块，桥臂滤波电感Ｌａｒｍ＝１ｍＨ，交流滤波电感Ｌｓ＝２ｍＨ，子模块滤波电容ＣＳＭ＝５５０μＦ，载波频率为５０００Ｈｚ，电网电压幅值为２５Ｖ，每个子模块中的电池组均由３个标称为１２Ｖ／３．３Ａｈ的铅酸电池串联组成。附录Ｂ图Ｂ３为电网电压跌落５０％情况下的电网电压与并网电流实验波形。在电网电压单相跌落情况下，三相输出电流仍能保持对称，与附录Ｂ图Ｂ１所示的仿真结果保持一致。为了验证本文提出的通用ＳＯＣ均衡控制策略对直流环流和基频环流的调控作用，分别对其进行定参考值闭环控制实验验证，如附录Ｂ图Ｂ４所示。其中，图Ｂ４（ａ）包含Ａ相环流直流分量波形，其参考值为－１Ａ。由图Ｂ４（ａ）可知，
效调控环流中的基频分量，进而对上、下桥臂输出功率进行分配。Ａ相电压跌落５０％情况下的实验波形如附录Ｂ图Ｂ５所示，其中三相环流参考值均由附录Ａ图Ａ４所示ＳＯＣ均衡控制策略获得。为了维持三相电池组输出功率平衡，Ａ相通过直流环流向Ｂ相和Ｃ相传输能量。图５为放电情况下三相１２个电池组的ＳＯＣ均衡曲线。即使在初始ＳＯＣ相差较大的情况下，本文提出的ＳＯＣ均衡控制策略仍然能够有效实现ＳＯＣ均衡，与图４所示的仿真结果保持一致。图５ＳＯＣ均衡曲线Ｆｉｇ．５ＢａｌａｎｃｉｎｇｐｒｏｆｉｌｅｓｏｆＳＯＣ４结语针对电池储能型ＭＭＣ系统，本文设计了一种电网电压对称和不对称运行工况下通用的控制策略。该控制策略包括并网功率控制、子模块间ＳＯＣ均衡控制、环流控制和并网电流直流分量抑制。在电网电压不对称情况下，仍需要保持并网电流对称运行，同时维持电池组ＳＯＣ均衡。但是，在电网不对称情况下，三相并网功率的不一致会加剧相间电池组的ＳＯＣ差异。为了解决上述问题，本文通过控制环流直流分量实现了相间电池组输出功率的重新分配，在此基础上添加了桥臂间ＳＯＣ均衡和桥臂内ＳＯＣ均衡策略，进而实现了电池组间的ＳＯＣ均衡。最后，分别在ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ平台和实验室平台下搭建了ＭＭＣ－ＢＥＳＳ系统，验证了本文提出的ＳＯＣ均衡控制方法在不对称电网电压条件下的控１４８２０１７，４１（９）·研制与开发·
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于模块化多电平变换器的储能系统综述[J]. 李善颖,吴涛,任彬,徐永海,袁敞. 电力系统保护与控制. 2015(16)
[2]新型中点钳位三电平电池储能变流器设计及控制系统[J]. 闫涛,渠展展,刘赟甲,惠东,小林真一,张学龙. 电力系统自动化. 2015(03)
[3]模块化多电平换流器桥臂电流分析及其环流抑制方法[J]. 李国庆,辛业春,吴学光. 电力系统自动化. 2014(24)
[4]用于储能系统的梯次利用锂电池组均衡策略设计[J]. 马泽宇,姜久春,文锋,郑林锋,郭宏榆,时玮. 电力系统自动化. 2014(03)
[5]电网故障时基于双输入SOGI-FLL的新型电网快速同步方法[J]. 邓哲,周峰武,林辉品,候尧杰,吕征宇. 电工技术学报. 2013(12)
[6]改进型MMC-STATCOM的建模及分层控制[J]. 戴珂,徐晨,丁玉峰,康勇. 电工技术学报. 2013(12)
[7]基于MMC技术的光伏并网逆变器原理及仿真研究[J]. 贾林壮,冯琳,李国杰,李素非,江秀臣. 电力系统保护与控制. 2013(21)
[8]交流系统不对称时模块化多电平换流器的控制[J]. 周月宾,江道灼,郭捷,梁一桥,胡鹏飞,林志勇. 电网技术. 2013(03)
[9]大规模储能技术在电力系统中的应用前景分析[J]. 国家电网公司"电网新技术前景研究"项目咨询组,王松岑,来小康,程时杰. 电力系统自动化. 2013(01)
[10]可再生能源发电中的电池储能系统综述[J]. 丁明,陈忠,苏建徽,陈中,吴建锋,朱承治. 电力系统自动化. 2013(01)
本文编号：2959243
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