充電機充電蓄電池儲能裝置模塊化多電平體系的多時間尺度控制方法解析
2017-10-16 10:22:50??????點擊：
將模塊化多電平變換器作為充電機充電蓄電池儲能設(shè)備的并網(wǎng)變換器,可在平抑新能源輸出功率動搖的一起完成儲能設(shè)備的直接并網(wǎng),降低了體系本錢。關(guān)于大規(guī)模充電機充電蓄電池儲能設(shè)備而言,怎么延伸其使用壽數(shù)一直是學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的研討熱門。
基于此,提出了一種適用于儲能型模塊化多電平體系的多時間標(biāo)準(zhǔn)操控辦法。依據(jù)不同的時間標(biāo)準(zhǔn)區(qū)分,可將全體操控分為三層,并為每層操控設(shè)定了各自的操控方針。在該操控方法下,僅需預(yù)算每個充電機充電蓄電池組的相對健康程度,即可確定各子模塊的輸出功率,進而改善充電機充電蓄電池組的健康狀況,使其趨于一致,延伸儲能體系的使用壽數(shù)。最終經(jīng)過Matlab仿真和試驗驗證了該操控辦法的有用性和可行性。
近年來，跟著能源危機的逐步加重，新能源在電網(wǎng)中的接入份額逐年添加。因為新能源發(fā)電具有動搖性、間歇性和不確定性等特色，為現(xiàn)有電力體系的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)帶來了巨大挑戰(zhàn)。
為了平抑新能源的出力動搖，儲能技能遭到了越來越多的注重。依據(jù)能量變換方法的不同，儲能技能可分為機械儲能、充電機充電蓄電池儲能和化學(xué)儲能三種。其間充電機充電蓄電池儲能體系( Battery Energy Storage System，BESS)因其能量密度高、動態(tài)特性好等特色，成為使用最為廣泛的儲能設(shè)備。
傳統(tǒng)儲能并網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，多個充電機充電蓄電池組間選用串、并聯(lián)銜接以滿意儲能體系的輸出能量需求。然后經(jīng)過DC-DC升壓電路、DC-AC逆變電路和并網(wǎng)變壓器完成并網(wǎng)功用。因為存在多個能量變換進程，全體輸出功率遭到必定影響。一起大量充電機充電蓄電池組的監(jiān)測與調(diào)控也對充電機充電蓄電池能量辦理體系( Battery Management System，BMS) 提出了更為嚴(yán)苛的要求。
模塊化多電平體系(ModularMultilevel Converter，MMC)因其輸出特性杰出、可擴展性強等優(yōu)勢，在中/高壓大功率場合具有廣泛使用遠景。若能將儲能充電機充電蓄電池分置于MMC的各個子模塊中，則可在保有杰出輸出特性的一起，使用相間環(huán)流對各個充電機充電蓄電池組進行靈敏調(diào)控，完成多種操控方針。
文獻［9］指出，電動汽車中使用的儲能充電機充電蓄電池，在其壽數(shù)完結(jié)后，仍具有 70%-80%的容量，能夠滿意儲能設(shè)備的使用需求。因而，本文以電動汽車中篩選的充電機充電二次蓄電池作為研討目標(biāo)，考慮其健康程度(State of Health，SOH)對操控形成的影響，具有實際意義。
文獻［10］中將儲能型模塊化多電平體系(Battery Integrated Modular Multilevel Converter，B-MMC)使用于電動汽車范疇，并分別對慣例行進、溝通充電和直流充電狀況進行了相關(guān)剖析。因為在電動汽車中需要確保輸出功率的最大化，各個充電機充電蓄電池組間的荷電狀況 (State of Charge，SOC)保持一致。
文獻［11］中則將充電機充電蓄電池儲能設(shè)備與級聯(lián)型H橋電路相結(jié)合，完成儲能并網(wǎng)功用。該情況下并未考慮充電機充電蓄電池組間不同SOH狀況對體系壽數(shù)形成的影響。文獻［12］針對B-MMC體系中充電機充電蓄電池組間的不同SOH狀況進行了研討，并為每個充電機充電蓄電池組規(guī)劃了特定的弧形放電曲線。因為弧形放電曲線的改變速率會在臨界點處發(fā)生改變，因而能夠使用的放電曲線部分相對較小。
基于此，本文提出了一種針對B-MMC體系的多時間標(biāo)準(zhǔn)操控辦法。依據(jù)時間標(biāo)準(zhǔn)的不同，可將全體操控結(jié)構(gòu)分為三層。其間，長期標(biāo)準(zhǔn)下主要進行充電機充電蓄電池組的相對健康程度(Relative State of Health，R-SOH)估量，并據(jù)此分配各個充電機充電蓄電池組的輸出功率參閱，確定各自放電曲線; 中時間標(biāo)準(zhǔn)下經(jīng)過調(diào)整子模塊的開關(guān)信號占空比，完成放電SOC曲線的跟蹤; 短時間標(biāo)準(zhǔn)下則進行環(huán)流和輸出電流調(diào)控，完成相間與橋臂間的能量傳輸，提高體系全體功率，滿意并網(wǎng)要求。最終，分別在Matlab仿真渠道和試驗室渠道下搭建了BMMC體系，經(jīng)過仿真與試驗驗證了操控戰(zhàn)略的有用性和可行性。
圖9 多時間尺度控制整體框圖
結(jié)論
隨著新能源在電網(wǎng)中接入比例的逐年增高，儲能系統(tǒng)愈發(fā)成為不可或缺的一部分。若將充電機充電蓄電池儲能系統(tǒng)分散接入于MMC結(jié)構(gòu)中，則可在保有良好輸出特性的同時靈活利用相間環(huán)流，實現(xiàn)多種控制功能。
基于電動汽車中淘汰的充電機充電二次蓄電池，本文提出一種能夠有效延長儲能型模塊化多電平系統(tǒng)使用壽命的多時間尺度控制策略。長時間尺度下，根據(jù)充電機充電蓄電池組的相對健康程度可以計算得到各子模塊的輸出功率參考，進而獲得充電機充電蓄電池組的SOC變化曲線; 中時間尺度下通過調(diào)整子模塊的調(diào)制深度實現(xiàn)SOC曲線的跟蹤; 小時間尺度下分別對交流輸出電流和相間環(huán)流進行有效調(diào)控，在實現(xiàn)功率分配的同時滿足儲能系統(tǒng)并網(wǎng)需求。
在多時間尺度控制策略的作用下，不同充電機充電蓄電池組間的SOH逐漸趨于一致，盡可能保證充電機充電蓄電池組在同一時間段內(nèi)退出運行，從而延長系統(tǒng)的整體使用壽命，提升能量利用效率。最后通過Matlab仿真和實驗驗證了該控制策略的有效性和可行性。
基于此,提出了一種適用于儲能型模塊化多電平體系的多時間標(biāo)準(zhǔn)操控辦法。依據(jù)不同的時間標(biāo)準(zhǔn)區(qū)分,可將全體操控分為三層,并為每層操控設(shè)定了各自的操控方針。在該操控方法下,僅需預(yù)算每個充電機充電蓄電池組的相對健康程度,即可確定各子模塊的輸出功率,進而改善充電機充電蓄電池組的健康狀況,使其趨于一致,延伸儲能體系的使用壽數(shù)。最終經(jīng)過Matlab仿真和試驗驗證了該操控辦法的有用性和可行性。
近年來，跟著能源危機的逐步加重，新能源在電網(wǎng)中的接入份額逐年添加。因為新能源發(fā)電具有動搖性、間歇性和不確定性等特色，為現(xiàn)有電力體系的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)帶來了巨大挑戰(zhàn)。
為了平抑新能源的出力動搖，儲能技能遭到了越來越多的注重。依據(jù)能量變換方法的不同，儲能技能可分為機械儲能、充電機充電蓄電池儲能和化學(xué)儲能三種。其間充電機充電蓄電池儲能體系( Battery Energy Storage System，BESS)因其能量密度高、動態(tài)特性好等特色，成為使用最為廣泛的儲能設(shè)備。
傳統(tǒng)儲能并網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，多個充電機充電蓄電池組間選用串、并聯(lián)銜接以滿意儲能體系的輸出能量需求。然后經(jīng)過DC-DC升壓電路、DC-AC逆變電路和并網(wǎng)變壓器完成并網(wǎng)功用。因為存在多個能量變換進程，全體輸出功率遭到必定影響。一起大量充電機充電蓄電池組的監(jiān)測與調(diào)控也對充電機充電蓄電池能量辦理體系( Battery Management System，BMS) 提出了更為嚴(yán)苛的要求。
模塊化多電平體系(ModularMultilevel Converter，MMC)因其輸出特性杰出、可擴展性強等優(yōu)勢，在中/高壓大功率場合具有廣泛使用遠景。若能將儲能充電機充電蓄電池分置于MMC的各個子模塊中，則可在保有杰出輸出特性的一起，使用相間環(huán)流對各個充電機充電蓄電池組進行靈敏調(diào)控，完成多種操控方針。
文獻［9］指出，電動汽車中使用的儲能充電機充電蓄電池，在其壽數(shù)完結(jié)后，仍具有 70%-80%的容量，能夠滿意儲能設(shè)備的使用需求。因而，本文以電動汽車中篩選的充電機充電二次蓄電池作為研討目標(biāo)，考慮其健康程度(State of Health，SOH)對操控形成的影響，具有實際意義。
文獻［10］中將儲能型模塊化多電平體系(Battery Integrated Modular Multilevel Converter，B-MMC)使用于電動汽車范疇，并分別對慣例行進、溝通充電和直流充電狀況進行了相關(guān)剖析。因為在電動汽車中需要確保輸出功率的最大化，各個充電機充電蓄電池組間的荷電狀況 (State of Charge，SOC)保持一致。
文獻［11］中則將充電機充電蓄電池儲能設(shè)備與級聯(lián)型H橋電路相結(jié)合，完成儲能并網(wǎng)功用。該情況下并未考慮充電機充電蓄電池組間不同SOH狀況對體系壽數(shù)形成的影響。文獻［12］針對B-MMC體系中充電機充電蓄電池組間的不同SOH狀況進行了研討，并為每個充電機充電蓄電池組規(guī)劃了特定的弧形放電曲線。因為弧形放電曲線的改變速率會在臨界點處發(fā)生改變，因而能夠使用的放電曲線部分相對較小。
基于此，本文提出了一種針對B-MMC體系的多時間標(biāo)準(zhǔn)操控辦法。依據(jù)時間標(biāo)準(zhǔn)的不同，可將全體操控結(jié)構(gòu)分為三層。其間，長期標(biāo)準(zhǔn)下主要進行充電機充電蓄電池組的相對健康程度(Relative State of Health，R-SOH)估量，并據(jù)此分配各個充電機充電蓄電池組的輸出功率參閱，確定各自放電曲線; 中時間標(biāo)準(zhǔn)下經(jīng)過調(diào)整子模塊的開關(guān)信號占空比，完成放電SOC曲線的跟蹤; 短時間標(biāo)準(zhǔn)下則進行環(huán)流和輸出電流調(diào)控，完成相間與橋臂間的能量傳輸，提高體系全體功率，滿意并網(wǎng)要求。最終，分別在Matlab仿真渠道和試驗室渠道下搭建了BMMC體系，經(jīng)過仿真與試驗驗證了操控戰(zhàn)略的有用性和可行性。
圖9 多時間尺度控制整體框圖
結(jié)論
隨著新能源在電網(wǎng)中接入比例的逐年增高，儲能系統(tǒng)愈發(fā)成為不可或缺的一部分。若將充電機充電蓄電池儲能系統(tǒng)分散接入于MMC結(jié)構(gòu)中，則可在保有良好輸出特性的同時靈活利用相間環(huán)流，實現(xiàn)多種控制功能。
基于電動汽車中淘汰的充電機充電二次蓄電池，本文提出一種能夠有效延長儲能型模塊化多電平系統(tǒng)使用壽命的多時間尺度控制策略。長時間尺度下，根據(jù)充電機充電蓄電池組的相對健康程度可以計算得到各子模塊的輸出功率參考，進而獲得充電機充電蓄電池組的SOC變化曲線; 中時間尺度下通過調(diào)整子模塊的調(diào)制深度實現(xiàn)SOC曲線的跟蹤; 小時間尺度下分別對交流輸出電流和相間環(huán)流進行有效調(diào)控，在實現(xiàn)功率分配的同時滿足儲能系統(tǒng)并網(wǎng)需求。
在多時間尺度控制策略的作用下，不同充電機充電蓄電池組間的SOH逐漸趨于一致，盡可能保證充電機充電蓄電池組在同一時間段內(nèi)退出運行，從而延長系統(tǒng)的整體使用壽命，提升能量利用效率。最后通過Matlab仿真和實驗驗證了該控制策略的有效性和可行性。
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