充电机充电蓄电池储能装置模块化多电平体系的多时间尺度控制方法解析
2017-10-16 10:22:50 点击：
将模块化多电平变换器作为充电机充电蓄电池储能设备的并网变换器,可在平抑新能源输出功率动摇的一起完成储能设备的直接并网,降低了体系本钱。关于大规模充电机充电蓄电池储能设备而言,怎么延伸其使用寿数一直是学术界和工业界的研讨热门。
基于此,提出了一种适用于储能型模块化多电平体系的多时间标准操控办法。依据不同的时间标准区分,可将全体操控分为三层,并为每层操控设定了各自的操控方针。在该操控方法下,仅需预算每个充电机充电蓄电池组的相对健康程度,即可确定各子模块的输出功率,进而改善充电机充电蓄电池组的健康状况,使其趋于一致,延伸储能体系的使用寿数。最终经过Matlab仿真和试验验证了该操控办法的有用性和可行性。
近年来，跟着能源危机的逐步加重，新能源在电网中的接入份额逐年添加。因为新能源发电具有动摇性、间歇性和不确定性等特色，为现有电力体系的稳定运转带来了巨大挑战。
为了平抑新能源的出力动摇，储能技能遭到了越来越多的注重。依据能量变换方法的不同，储能技能可分为机械储能、充电机充电蓄电池储能和化学储能三种。其间充电机充电蓄电池储能体系( Battery Energy Storage System，BESS)因其能量密度高、动态特性好等特色，成为使用最为广泛的储能设备。
传统储能并网结构中，多个充电机充电蓄电池组间选用串、并联衔接以满意储能体系的输出能量需求。然后经过DC-DC升压电路、DC-AC逆变电路和并网变压器完成并网功用。因为存在多个能量变换进程，全体输出功率遭到必定影响。一起大量充电机充电蓄电池组的监测与调控也对充电机充电蓄电池能量办理体系( Battery Management System，BMS) 提出了更为严苛的要求。
模块化多电平体系(ModularMultilevel Converter，MMC)因其输出特性杰出、可扩展性强等优势，在中/高压大功率场合具有广泛使用远景。若能将储能充电机充电蓄电池分置于MMC的各个子模块中，则可在保有杰出输出特性的一起，使用相间环流对各个充电机充电蓄电池组进行灵敏调控，完成多种操控方针。
文献［9］指出，电动汽车中使用的储能充电机充电蓄电池，在其寿数完结后，仍具有 70%-80%的容量，能够满意储能设备的使用需求。因而，本文以电动汽车中筛选的充电机充电二次蓄电池作为研讨目标，考虑其健康程度(State of Health，SOH)对操控形成的影响，具有实际意义。
文献［10］中将储能型模块化多电平体系(Battery Integrated Modular Multilevel Converter，B-MMC)使用于电动汽车范畴，并分别对惯例行进、沟通充电和直流充电状况进行了相关剖析。因为在电动汽车中需要确保输出功率的最大化，各个充电机充电蓄电池组间的荷电状况 (State of Charge，SOC)保持一致。
文献［11］中则将充电机充电蓄电池储能设备与级联型H桥电路相结合，完成储能并网功用。该情况下并未考虑充电机充电蓄电池组间不同SOH状况对体系寿数形成的影响。文献［12］针对B-MMC体系中充电机充电蓄电池组间的不同SOH状况进行了研讨，并为每个充电机充电蓄电池组规划了特定的弧形放电曲线。因为弧形放电曲线的改变速率会在临界点处发生改变，因而能够使用的放电曲线部分相对较小。
基于此，本文提出了一种针对B-MMC体系的多时间标准操控办法。依据时间标准的不同，可将全体操控结构分为三层。其间，长期标准下主要进行充电机充电蓄电池组的相对健康程度(Relative State of Health，R-SOH)估量，并据此分配各个充电机充电蓄电池组的输出功率参阅，确定各自放电曲线; 中时间标准下经过调整子模块的开关信号占空比，完成放电SOC曲线的跟踪; 短时间标准下则进行环流和输出电流调控，完成相间与桥臂间的能量传输，提高体系全体功率，满意并网要求。最终，分别在Matlab仿真渠道和试验室渠道下搭建了BMMC体系，经过仿真与试验验证了操控战略的有用性和可行性。
图9 多时间尺度控制整体框图
结论
随着新能源在电网中接入比例的逐年增高，储能系统愈发成为不可或缺的一部分。若将充电机充电蓄电池储能系统分散接入于MMC结构中，则可在保有良好输出特性的同时灵活利用相间环流，实现多种控制功能。
基于电动汽车中淘汰的充电机充电二次蓄电池，本文提出一种能够有效延长储能型模块化多电平系统使用寿命的多时间尺度控制策略。长时间尺度下，根据充电机充电蓄电池组的相对健康程度可以计算得到各子模块的输出功率参考，进而获得充电机充电蓄电池组的SOC变化曲线; 中时间尺度下通过调整子模块的调制深度实现SOC曲线的跟踪; 小时间尺度下分别对交流输出电流和相间环流进行有效调控，在实现功率分配的同时满足储能系统并网需求。
在多时间尺度控制策略的作用下，不同充电机充电蓄电池组间的SOH逐渐趋于一致，尽可能保证充电机充电蓄电池组在同一时间段内退出运行，从而延长系统的整体使用寿命，提升能量利用效率。最后通过Matlab仿真和实验验证了该控制策略的有效性和可行性。
基于此,提出了一种适用于储能型模块化多电平体系的多时间标准操控办法。依据不同的时间标准区分,可将全体操控分为三层,并为每层操控设定了各自的操控方针。在该操控方法下,仅需预算每个充电机充电蓄电池组的相对健康程度,即可确定各子模块的输出功率,进而改善充电机充电蓄电池组的健康状况,使其趋于一致,延伸储能体系的使用寿数。最终经过Matlab仿真和试验验证了该操控办法的有用性和可行性。
近年来，跟着能源危机的逐步加重，新能源在电网中的接入份额逐年添加。因为新能源发电具有动摇性、间歇性和不确定性等特色，为现有电力体系的稳定运转带来了巨大挑战。
为了平抑新能源的出力动摇，储能技能遭到了越来越多的注重。依据能量变换方法的不同，储能技能可分为机械储能、充电机充电蓄电池储能和化学储能三种。其间充电机充电蓄电池储能体系( Battery Energy Storage System，BESS)因其能量密度高、动态特性好等特色，成为使用最为广泛的储能设备。
传统储能并网结构中，多个充电机充电蓄电池组间选用串、并联衔接以满意储能体系的输出能量需求。然后经过DC-DC升压电路、DC-AC逆变电路和并网变压器完成并网功用。因为存在多个能量变换进程，全体输出功率遭到必定影响。一起大量充电机充电蓄电池组的监测与调控也对充电机充电蓄电池能量办理体系( Battery Management System，BMS) 提出了更为严苛的要求。
模块化多电平体系(ModularMultilevel Converter，MMC)因其输出特性杰出、可扩展性强等优势，在中/高压大功率场合具有广泛使用远景。若能将储能充电机充电蓄电池分置于MMC的各个子模块中，则可在保有杰出输出特性的一起，使用相间环流对各个充电机充电蓄电池组进行灵敏调控，完成多种操控方针。
文献［9］指出，电动汽车中使用的储能充电机充电蓄电池，在其寿数完结后，仍具有 70%-80%的容量，能够满意储能设备的使用需求。因而，本文以电动汽车中筛选的充电机充电二次蓄电池作为研讨目标，考虑其健康程度(State of Health，SOH)对操控形成的影响，具有实际意义。
文献［10］中将储能型模块化多电平体系(Battery Integrated Modular Multilevel Converter，B-MMC)使用于电动汽车范畴，并分别对惯例行进、沟通充电和直流充电状况进行了相关剖析。因为在电动汽车中需要确保输出功率的最大化，各个充电机充电蓄电池组间的荷电状况 (State of Charge，SOC)保持一致。
文献［11］中则将充电机充电蓄电池储能设备与级联型H桥电路相结合，完成储能并网功用。该情况下并未考虑充电机充电蓄电池组间不同SOH状况对体系寿数形成的影响。文献［12］针对B-MMC体系中充电机充电蓄电池组间的不同SOH状况进行了研讨，并为每个充电机充电蓄电池组规划了特定的弧形放电曲线。因为弧形放电曲线的改变速率会在临界点处发生改变，因而能够使用的放电曲线部分相对较小。
基于此，本文提出了一种针对B-MMC体系的多时间标准操控办法。依据时间标准的不同，可将全体操控结构分为三层。其间，长期标准下主要进行充电机充电蓄电池组的相对健康程度(Relative State of Health，R-SOH)估量，并据此分配各个充电机充电蓄电池组的输出功率参阅，确定各自放电曲线; 中时间标准下经过调整子模块的开关信号占空比，完成放电SOC曲线的跟踪; 短时间标准下则进行环流和输出电流调控，完成相间与桥臂间的能量传输，提高体系全体功率，满意并网要求。最终，分别在Matlab仿真渠道和试验室渠道下搭建了BMMC体系，经过仿真与试验验证了操控战略的有用性和可行性。
图9 多时间尺度控制整体框图
结论
随着新能源在电网中接入比例的逐年增高，储能系统愈发成为不可或缺的一部分。若将充电机充电蓄电池储能系统分散接入于MMC结构中，则可在保有良好输出特性的同时灵活利用相间环流，实现多种控制功能。
基于电动汽车中淘汰的充电机充电二次蓄电池，本文提出一种能够有效延长储能型模块化多电平系统使用寿命的多时间尺度控制策略。长时间尺度下，根据充电机充电蓄电池组的相对健康程度可以计算得到各子模块的输出功率参考，进而获得充电机充电蓄电池组的SOC变化曲线; 中时间尺度下通过调整子模块的调制深度实现SOC曲线的跟踪; 小时间尺度下分别对交流输出电流和相间环流进行有效调控，在实现功率分配的同时满足储能系统并网需求。
在多时间尺度控制策略的作用下，不同充电机充电蓄电池组间的SOH逐渐趋于一致，尽可能保证充电机充电蓄电池组在同一时间段内退出运行，从而延长系统的整体使用寿命，提升能量利用效率。最后通过Matlab仿真和实验验证了该控制策略的有效性和可行性。
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