充電機(jī)充電蓄電池儲(chǔ)能裝置模塊化多電平體系的多時(shí)間尺度控制方法解析
2017-10-16 10:22:50??????點(diǎn)擊：
將模塊化多電平變換器作為充電機(jī)充電蓄電池儲(chǔ)能設(shè)備的并網(wǎng)變換器,可在平抑新能源輸出功率動(dòng)搖的一起完成儲(chǔ)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(jī)充電蓄電池儲(chǔ)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(chǔ)能型模塊化多電平體系的多時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)操控辦法。依據(jù)不同的時(shí)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(gè)充電機(jī)充電蓄電池組的相對(duì)健康程度,即可確定各子模塊的輸出功率,進(jìn)而改善充電機(jī)充電蓄電池組的健康狀況,使其趨于一致,延伸儲(chǔ)能體系的使用壽數(shù)。最終經(jīng)過(guò)Matlab仿真和試驗(yàn)驗(yàn)證了該操控辦法的有用性和可行性。
近年來(lái)，跟著能源危機(jī)的逐步加重，新能源在電網(wǎng)中的接入份額逐年添加。因?yàn)樾履茉窗l(fā)電具有動(dòng)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(yùn)轉(zhuǎn)帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。
為了平抑新能源的出力動(dòng)搖，儲(chǔ)能技能遭到了越來(lái)越多的注重。依據(jù)能量變換方法的不同，儲(chǔ)能技能可分為機(jī)械儲(chǔ)能、充電機(jī)充電蓄電池儲(chǔ)能和化學(xué)儲(chǔ)能三種。其間充電機(jī)充電蓄電池儲(chǔ)能體系( Battery Energy Storage System，BESS)因其能量密度高、動(dòng)態(tài)特性好等特色，成為使用最為廣泛的儲(chǔ)能設(shè)備。
傳統(tǒng)儲(chǔ)能并網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，多個(gè)充電機(jī)充電蓄電池組間選用串、并聯(lián)銜接以滿意儲(chǔ)能體系的輸出能量需求。然后經(jīng)過(guò)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?yàn)榇嬖诙鄠€(gè)能量變換進(jìn)程，全體輸出功率遭到必定影響。一起大量充電機(jī)充電蓄電池組的監(jiān)測(cè)與調(diào)控也對(duì)充電機(jī)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(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，在中/高壓大功率場(chǎng)合具有廣泛使用遠(yuǎn)景。若能將儲(chǔ)能充電機(jī)充電蓄電池分置于MMC的各個(gè)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(duì)各個(gè)充電機(jī)充電蓄電池組進(jìn)行靈敏調(diào)控，完成多種操控方針。
文獻(xiàn)［9］指出，電動(dòng)汽車中使用的儲(chǔ)能充電機(jī)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(chǔ)能設(shè)備的使用需求。因而，本文以電動(dòng)汽車中篩選的充電機(jī)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(duì)操控形成的影響，具有實(shí)際意義。
文獻(xiàn)［10］中將儲(chǔ)能型模塊化多電平體系(Battery Integrated Modular Multilevel Converter，B-MMC)使用于電動(dòng)汽車范疇，并分別對(duì)慣例行進(jìn)、溝通充電和直流充電狀況進(jìn)行了相關(guān)剖析。因?yàn)樵陔妱?dòng)汽車中需要確保輸出功率的最大化，各個(gè)充電機(jī)充電蓄電池組間的荷電狀況 (State of Charge，SOC)保持一致。
文獻(xiàn)［11］中則將充電機(jī)充電蓄電池儲(chǔ)能設(shè)備與級(jí)聯(lián)型H橋電路相結(jié)合，完成儲(chǔ)能并網(wǎng)功用。該情況下并未考慮充電機(jī)充電蓄電池組間不同SOH狀況對(duì)體系壽數(shù)形成的影響。文獻(xiàn)［12］針對(duì)B-MMC體系中充電機(jī)充電蓄電池組間的不同SOH狀況進(jìn)行了研討，并為每個(gè)充電機(jī)充電蓄電池組規(guī)劃了特定的弧形放電曲線。因?yàn)榛⌒畏烹娗€的改變速率會(huì)在臨界點(diǎn)處發(fā)生改變，因而能夠使用的放電曲線部分相對(duì)較小。
基于此，本文提出了一種針對(duì)B-MMC體系的多時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)操控辦法。依據(jù)時(shí)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(zhǎng)期標(biāo)準(zhǔn)下主要進(jìn)行充電機(jī)充電蓄電池組的相對(duì)健康程度(Relative State of Health，R-SOH)估量，并據(jù)此分配各個(gè)充電機(jī)充電蓄電池組的輸出功率參閱，確定各自放電曲線; 中時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)下經(jīng)過(guò)調(diào)整子模塊的開(kāi)關(guān)信號(hào)占空比，完成放電SOC曲線的跟蹤; 短時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)下則進(jìn)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(yàn)室渠道下搭建了BMMC體系，經(jīng)過(guò)仿真與試驗(yàn)驗(yàn)證了操控戰(zhàn)略的有用性和可行性。
圖9 多時(shí)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(chǔ)能系統(tǒng)愈發(fā)成為不可或缺的一部分。若將充電機(jī)充電蓄電池儲(chǔ)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(shí)靈活利用相間環(huán)流，實(shí)現(xiàn)多種控制功能。
基于電動(dòng)汽車中淘汰的充電機(jī)充電二次蓄電池，本文提出一種能夠有效延長(zhǎng)儲(chǔ)能型模塊化多電平系統(tǒng)使用壽命的多時(shí)間尺度控制策略。長(zhǎng)時(shí)間尺度下，根據(jù)充電機(jī)充電蓄電池組的相對(duì)健康程度可以計(jì)算得到各子模塊的輸出功率參考，進(jìn)而獲得充電機(jī)充電蓄電池組的SOC變化曲線; 中時(shí)間尺度下通過(guò)調(diào)整子模塊的調(diào)制深度實(shí)現(xiàn)SOC曲線的跟蹤; 小時(shí)間尺度下分別對(duì)交流輸出電流和相間環(huán)流進(jìn)行有效調(diào)控，在實(shí)現(xiàn)功率分配的同時(shí)滿足儲(chǔ)能系統(tǒng)并網(wǎng)需求。
在多時(shí)間尺度控制策略的作用下，不同充電機(jī)充電蓄電池組間的SOH逐漸趨于一致，盡可能保證充電機(jī)充電蓄電池組在同一時(shí)間段內(nèi)退出運(yùn)行，從而延長(zhǎng)系統(tǒng)的整體使用壽命，提升能量利用效率。最后通過(guò)Matlab仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(chǔ)能型模塊化多電平體系的多時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)操控辦法。依據(jù)不同的時(shí)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(gè)充電機(jī)充電蓄電池組的相對(duì)健康程度,即可確定各子模塊的輸出功率,進(jìn)而改善充電機(jī)充電蓄電池組的健康狀況,使其趨于一致,延伸儲(chǔ)能體系的使用壽數(shù)。最終經(jīng)過(guò)Matlab仿真和試驗(yàn)驗(yàn)證了該操控辦法的有用性和可行性。
近年來(lái)，跟著能源危機(jī)的逐步加重，新能源在電網(wǎng)中的接入份額逐年添加。因?yàn)樾履茉窗l(fā)電具有動(dòng)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(yùn)轉(zhuǎn)帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。
為了平抑新能源的出力動(dòng)搖，儲(chǔ)能技能遭到了越來(lái)越多的注重。依據(jù)能量變換方法的不同，儲(chǔ)能技能可分為機(jī)械儲(chǔ)能、充電機(jī)充電蓄電池儲(chǔ)能和化學(xué)儲(chǔ)能三種。其間充電機(jī)充電蓄電池儲(chǔ)能體系( Battery Energy Storage System，BESS)因其能量密度高、動(dòng)態(tài)特性好等特色，成為使用最為廣泛的儲(chǔ)能設(shè)備。
傳統(tǒng)儲(chǔ)能并網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，多個(gè)充電機(jī)充電蓄電池組間選用串、并聯(lián)銜接以滿意儲(chǔ)能體系的輸出能量需求。然后經(jīng)過(guò)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?yàn)榇嬖诙鄠€(gè)能量變換進(jìn)程，全體輸出功率遭到必定影響。一起大量充電機(jī)充電蓄電池組的監(jiān)測(cè)與調(diào)控也對(duì)充電機(jī)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(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，在中/高壓大功率場(chǎng)合具有廣泛使用遠(yuǎn)景。若能將儲(chǔ)能充電機(jī)充電蓄電池分置于MMC的各個(gè)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(duì)各個(gè)充電機(jī)充電蓄電池組進(jìn)行靈敏調(diào)控，完成多種操控方針。
文獻(xiàn)［9］指出，電動(dòng)汽車中使用的儲(chǔ)能充電機(jī)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(chǔ)能設(shè)備的使用需求。因而，本文以電動(dòng)汽車中篩選的充電機(jī)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(duì)操控形成的影響，具有實(shí)際意義。
文獻(xiàn)［10］中將儲(chǔ)能型模塊化多電平體系(Battery Integrated Modular Multilevel Converter，B-MMC)使用于電動(dòng)汽車范疇，并分別對(duì)慣例行進(jìn)、溝通充電和直流充電狀況進(jìn)行了相關(guān)剖析。因?yàn)樵陔妱?dòng)汽車中需要確保輸出功率的最大化，各個(gè)充電機(jī)充電蓄電池組間的荷電狀況 (State of Charge，SOC)保持一致。
文獻(xiàn)［11］中則將充電機(jī)充電蓄電池儲(chǔ)能設(shè)備與級(jí)聯(lián)型H橋電路相結(jié)合，完成儲(chǔ)能并網(wǎng)功用。該情況下并未考慮充電機(jī)充電蓄電池組間不同SOH狀況對(duì)體系壽數(shù)形成的影響。文獻(xiàn)［12］針對(duì)B-MMC體系中充電機(jī)充電蓄電池組間的不同SOH狀況進(jìn)行了研討，并為每個(gè)充電機(jī)充電蓄電池組規(guī)劃了特定的弧形放電曲線。因?yàn)榛⌒畏烹娗€的改變速率會(huì)在臨界點(diǎn)處發(fā)生改變，因而能夠使用的放電曲線部分相對(duì)較小。
基于此，本文提出了一種針對(duì)B-MMC體系的多時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)操控辦法。依據(jù)時(shí)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(zhǎng)期標(biāo)準(zhǔn)下主要進(jìn)行充電機(jī)充電蓄電池組的相對(duì)健康程度(Relative State of Health，R-SOH)估量，并據(jù)此分配各個(gè)充電機(jī)充電蓄電池組的輸出功率參閱，確定各自放電曲線; 中時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)下經(jīng)過(guò)調(diào)整子模塊的開(kāi)關(guān)信號(hào)占空比，完成放電SOC曲線的跟蹤; 短時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)下則進(jìn)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(yàn)室渠道下搭建了BMMC體系，經(jīng)過(guò)仿真與試驗(yàn)驗(yàn)證了操控戰(zhàn)略的有用性和可行性。
圖9 多時(shí)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(chǔ)能系統(tǒng)愈發(fā)成為不可或缺的一部分。若將充電機(jī)充電蓄電池儲(chǔ)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(shí)靈活利用相間環(huán)流，實(shí)現(xiàn)多種控制功能。
基于電動(dòng)汽車中淘汰的充電機(jī)充電二次蓄電池，本文提出一種能夠有效延長(zhǎng)儲(chǔ)能型模塊化多電平系統(tǒng)使用壽命的多時(shí)間尺度控制策略。長(zhǎng)時(shí)間尺度下，根據(jù)充電機(jī)充電蓄電池組的相對(duì)健康程度可以計(jì)算得到各子模塊的輸出功率參考，進(jìn)而獲得充電機(jī)充電蓄電池組的SOC變化曲線; 中時(shí)間尺度下通過(guò)調(diào)整子模塊的調(diào)制深度實(shí)現(xiàn)SOC曲線的跟蹤; 小時(shí)間尺度下分別對(duì)交流輸出電流和相間環(huán)流進(jìn)行有效調(diào)控，在實(shí)現(xiàn)功率分配的同時(shí)滿足儲(chǔ)能系統(tǒng)并網(wǎng)需求。
在多時(shí)間尺度控制策略的作用下，不同充電機(jī)充電蓄電池組間的SOH逐漸趨于一致，盡可能保證充電機(jī)充電蓄電池組在同一時(shí)間段內(nèi)退出運(yùn)行，從而延長(zhǎng)系統(tǒng)的整體使用壽命，提升能量利用效率。最后通過(guò)Matlab仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該控制策略的有效性和可行性。
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