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适用于直流分布式储能系统的控制策略

北极星储能网  来源:储能科学与技术  作者:师长立  2019/7/12 8:57:38  我要投稿  

北极星储能网讯:相比于集中式储能分布式储能存在利用率更高、配置灵活、可进行冗余设计等优点。

近年来,电力电子技术与新能源技术取得了长足发展,光伏电池和燃料电池等可再生能源均为直流电,通常需要经过DC/DC 和DC/AC两级变换才能注入传统的交流配电网。风力发电产生的交流电,通常也是需要经过AC/DC与DC/AC两级变换才能注入交流配电网。与此同时,负荷的用电形式发生了很大变化,很多电气设备如个人电脑、手机、电动汽车等采用直流供电,必须通过AC/DC环节才能从交流配电网中获得能量。由于电力电子变频技术在空调、冰箱、洗衣机等电器的广泛应用,在交流配电网中,需要经过AC/DC/AC环节才能达到变频效果。与此同时,交流配电系统面临分布式电源大量接入,负荷多样化,潮流控制复杂化等一系列问题。与交流配电系统相比,直流配电系统具有线路成本低、输电损耗小、供电可靠性高、不存在频率与相位问题等优点。直流配电系统中接入储能系统可以显著减小新能源发电对电网的冲击,提高新能源利用率,同时,储能系统还可以惯性阻尼,提供负荷供电可靠性。相比于集中式储能,分布式储能存在利用率更高、配置灵活、可进行冗余设计等优点。

分布式储能单元之间的负荷分配是其核心问题。下垂控制策略是一种典型的无互联线控制技术,国内外研究机构针对此策略进行了大量研究。有文献提出了改进型下垂控制策略,该策略采集储能单元的SOC状态,调整给定的下垂系数,使SOC状态较低的储能单元提供较少的功率,使SOC状态较高的储能单元承担较重的负荷。该方法可以使分布式储能系统中各储能单元的SOC趋于一致,但是控制目标单一,工作方式不够灵活。有文献提出了一种基于一致性算法的新型下垂控制策略,各控制节点仅与邻近节点交换实时状态信息,通过算法迭代评估全网电压,并实时寻找满足要求的虚拟电阻,该控制策略不需要中央控制器,提高了系统的灵活性和稳定性,但该控制策略过于复杂,不易实现。有文献提出了基于虚拟电阻的下垂控制策略,实现了设备的即插即用,但由于线路阻抗分布不均,该策略控制精度较低,因此,该策略通过中央控制器采集全网状态信息,来进行二次调整,由于存在中央控制器,该控制策略可靠性以及可扩展性较差。有文献基于分布式算法,提出了自适应下垂控制策略,实现了均流及调压目的,但采用了简单的多机并联模型,并且使用连续时间模型分析系统性能,没有考虑采样和通信延时的因素,缺乏实际应用的支撑。

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基于电流下垂控制的分布式储能系统结构图

电压型下垂控制策略受线路之间阻抗的影响,控制精度较差,造成储能单元之间负荷分配效果不够理想。为解决传统下垂控制算法控制效果不佳的问题,本文提出了新型电流型下垂控制策略,实现了分布式储能系统中线路阻抗的解耦控制,提高了负荷分配的精度,并提出了该控制策略的具体实现方法以及关键控制参数的约束条件及计算方法。最后,搭建仿真和实验平台并进行实验分析,实验结果验证了所提控制策略的有效性。

研究结论

本文针对采用电压型下垂控制策略后,分布式储能系统各个单元之间耦合程度高、易受线路阻抗的影响、均流效果差的问题,提出了电流型下垂控制策略,实现了储能单元之间的线路解耦,与现有下垂控制相比,控制效果更好。本文深入研究了新型电流下垂控制工作原理,并提出了具体实现方法,给出了关键控制参数的计算方法,确保所提控制算法具有较好的控制效果,并进行了相关仿真、实验验证,仿真、实验结果表明,所提电流型下垂控制策略的控制效果优于电压型下垂控制策略。为拓展新型电流型下垂控制策略适用范围,未来将进一步开展其应用研究。

引用本文

师长立, 韦统振, 霍群海, 何俊强, 张桐硕. 适用于直流分布式储能系统的控制策略[J]. 储能科学与技术, 2019, 8(4): 654-658.

SHI Changli, WEI Tongzheng, HUO Qunhai, HE Junqiang, ZHANG Tongshuo. A control strategy for the distributed energy storage system for a DC distribution power network. Energy Storage Science and Technology, 2019, 8(4): 654-658.


原标题:适用于直流分布式储能系统的控制策略

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