【《在并网条件下的储能变流器控制策略研究》2800字】

在并网条件下的储能变流器控制策略研究目录TOC\o"1-3"\h\u1552在并网条件下的储能变流器控制策略研究 1235001.1并网时混合储能系统控制策略研究 152631.1.1二阶低通滤波法 2233111.1.2基于剩余电量的改进法 364381.2双向DC/DC变换器控制 4159471.3双向DC/AC电路 8133271.4基于pi的分频控制策略设计 91.1并网时混合储能系统控制策略研究光伏发电的时候受到实际环境的影响存在输出功率极度不稳定，频率波动过大等问题。输出功率在并网时会受到剧烈的扰动。因此，为了满足电网的需求，如输出功率的频率、相位差、电压等参数，都需要在微电网并网运行时进行调节。并且在并网系统中加入混合储能系统，用于吸收、增加光伏出力，以使其稳定运行。本文所研究的内容主要就是基于混合储能系统的控制管理策略问题，对光伏并网运行的功率进行优化使输入到电网的功率的幅值和频率波动较小。微电网网受到电网的影响，母线电压也会随之调整。此时通过控制混合储能控制目标:1提高微电网功率输出的电能质量,对光伏功率输出进行均衡;2对蓄电池和超级负载电容器进行了合理的分配,充分利用其各种特性,合理地分配功率。常见的控制策略有： （1）提高电能输出质量的问题主要采用滤波法，基于光伏功率自身特性通过低阶滤波器得到稳定的输出功率参考值，利用储能单元中的蓄电池以达到对超级电容缺额部分的削峰填谷。 （2）基于两种元件的自身特性，对于蓄电池和超级电容的功率分配管理问题。电池稳定低频差部分，超级电容器稳定高频过剩部分，进而提高元件使用寿命。目前常见的方法有：规则法和滤波法。 因为采用规则法时蓄电池输出恒定的功率，其余部分由超级电容进行补偿。但超级电容的功率较小而且蓄电池的功率会进行阶段性跳跃严重影响了使用寿命。现在通常使用滤波法将功率分成低阶和高阶部分得到两种储能元件的参考值后，由于母线电压不变可以转化为电流参考值再通过电流环控制双DC/DC转化器使蓄电池和超级电容输出理性的功率。1.1.1二阶低通滤波法分析微电网并网运行时的功率关系。图2-1并网功率交换示意图由图可知(2-1)要使并网的功率有所改善,就必须借助于储能系统调整光伏发电的输出功率。本文主要采用二阶低通滤波方法。本文采用二阶低通滤波法，将分成三个频段，时间常数^.借助于频率较高的滤波器得到超级电容的参考输出功率，再通过频率较低的滤波器将中间频段去掉将其作为蓄电池输出功率的参考值。图2-2二阶低通滤波法其原理如下:(2-2)其中时间常数Tsocs和T1.1.2基于剩余电量的改进法因为储能元件的容量是有限的，必须对soc进行管控。在储能元件接近其阈值时，对输出功率进行修正使得soc一直处于合理范围内。图2-3控制策略图由图可知对储能元件的soc进行实时采集再与其各自进行了比例放大的60%的参数进行对比传递到pi控制器中。(2-3)其中K1和K2为比例放大系数，由公式可知当<60%时，超级电容输出功率所具有的参考值将降低。在这种情况下，信号经过放大会使控制信号比以往发生改变从而使储能元件的放电减少，减小了储能元件过放的风险；当>60%时，信号经过放大会使控制信号比以往控制信号更大从而使超级电容输出功率参考值增加，那么超级电容的过冲风险也会减小。蓄电池的情况类似。这个控制策略相对于传统控制策略可以对两个储能元件进行同时控制且反应灵敏。1.2双向DC/DC变换器控制由于储能元件运行时处于充放电两种模型下,变换器对应的也是

boost

和

buck

两种工作模型分别为对应的充电和放电两种模型。下面我们对于充放电两种运动模式下的dc/dc析：图2-4DC/DC变化器Boost模式电路处于Boost状态时，储能元件要完成放电首先要调整管的占空比。如图2-4可见，图中所示的电阻、电容与串联电压源是由超级电容和蓄电池和储能侧等效而来的简化分析模型。当一个二极管所所在处的环境是一个特定时间电流周期,以一个电流密度i公式做为一个状态变量,可以由此公式得到一个状态变量方程。即管处于的时间周期，以电流I做为状态变量，可以得到状态方程：(2-4)管处于的时间周期时，得到状态方程:(2-5)采用平均状态法得(2-6)由上式可得（2-7）(2-8)同理当处于duck模式工作下，管工作，关断，只需要控制管的占空比D'即可。可得到（2-9）(2-10)图2-5DC/DC变化器Buck工作模式分别对2-7和2-8进行频域变换得Boost模式下的小信号传递函数:GUdc_DGI_DS==GUdc_I同理在Buck模式下占空比为D'，其小信号传递函数可得GUO_GPIS=KGMS则混合储能系统并网运行时的传递函数为图2-6改进soc后的控制传递函数框图关于蓄电池DC/DC控制单元的可以通过图2-7进行说明。在上面可以获得一个输出功率的参考。我们知道蓄电池并网母线的电压是恒定,基于这一点将蓄电池的实际输入功率参考值与蓄电池的实际输出电压通过功率公式，从而获得了输出功率电流的参考值，然后与其实际输入功率电流进行相减，之后要实现动态时的超级电容输出功率跟踪，以及稳态时蓄电池输出功率跟踪的控制策略，就要利用PI控制器控制DC/DC变换器。图2-7蓄电池双向DC/DC变化器框图1.3双向DC/AC电路AC/DC变换器将交流变成直流的整流装置通过控制策略可以实现能量在此装置中的的双向传递。单相全桥和三相桥式两类拓扑结构是两种常见的DC/AC双向变流器。三相桥式的变流器又被细分为电压型和交流式两种,这两种类型的变流器结构也大致相同,主要的区别就在于直流侧储能的元件有很大差异,电压型DC/AC拓扑结构直流侧与交流侧电路相比较采用了电容式储能。当电网中或电源中电压突然增大，电网或电气设备会有一个较大的冲击电流可能会对设备造成损坏，为了有效消除这类情况，使用电容是有效的方法，一般其结构形式是并联在直流侧，采用电压型逆变。而且相比于其他结构这类结构有结构比较简单，电路响应较快等优点，所以选择三相电压型拓扑结构。图2-8三相电压型DC/AC电路拓扑结构1.4基于pi的分频控制策略设计在研究太阳能混合利用储能系统的控制策略方面,主要选择了基于分频技术的控制。分频方式主要是采用低阶滤波器来区分：在蓄电池控制环中导入低频信号；在超级电容控制环中导入高频信号。基于该种分频控制方式普遍采用二阶低通滤波法，但是传统的二阶低通滤波法并未对储能设备进行限制。所以我们在设计的过程中必须要基于储能单元自身原子反应所产生的电能，考虑储能单元的存取储能极限。将加入soc限制的滤波法与PI控制法相结合对分频控制策略进行改进。经过二阶低通滤波器，对剩余需要输出功率对和进行功率分配，参考功率分别与对应的实际电压通过功率公式得到两个参