馬寧+周憲+祁暉+吳倩+郭亮

摘 要：文章提出了一種并聯(lián)型儲(chǔ)能系統(tǒng)，儲(chǔ)能元件通過(guò)雙向DC/DC變換器連接至直流母線(xiàn)。針對(duì)不同SOC的儲(chǔ)能元件放電控制，提出了基于SOC和輸出功率均衡的下垂控制策略，根據(jù)輸出電流和SOC對(duì)雙向DC/DC變換器的參考電壓值進(jìn)行設(shè)定，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的均衡控制。最后，利用仿真驗(yàn)證了所提出控制方法的可行性。

關(guān)鍵詞：并聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)；直流母線(xiàn)；下垂控制

中圖分類(lèi)號(hào)：TM721.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）32-0022-02

Abstract： This paper proposes a paralleled energy storage system， which contains a dc bus connected to energy storage components through bidirectional dc/dc converter. An SOC and output power balanced droop method is proposed to control the discharge process of different energy storage components. The voltage references of dc/dc converters are determined according to the output current and SOC values of energy storage components. The validity of the proposed method is verified by simulation results.

Keywords： ParalleledEnergy Storage System； DC Bus； Droop Control

引言

基于標(biāo)準(zhǔn)化的儲(chǔ)能模塊，其低壓側(cè)均為多源輸入的儲(chǔ)能設(shè)備（蓄電池或超級(jí)電容器），高壓側(cè)為直流母線(xiàn)或交流母線(xiàn)，高壓側(cè)連接方式為串聯(lián)或并聯(lián)。模塊化儲(chǔ)能系統(tǒng)具有儲(chǔ)能設(shè)備和變換器易于設(shè)計(jì)制造，成本低，電壓、功率、能量定額易于調(diào)整，儲(chǔ)能系統(tǒng)冗余度和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)[1-5]。

綜合國(guó)內(nèi)外在儲(chǔ)能系統(tǒng)領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展[6-8]，本文提出一種使用蓄電池作為儲(chǔ)能設(shè)備，輸出端并聯(lián)接入直流電網(wǎng)的模塊化儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。每個(gè)儲(chǔ)能介質(zhì)和DC/DC變換器構(gòu)成一個(gè)基本儲(chǔ)能模塊，n個(gè)儲(chǔ)能模塊以輸出端并聯(lián)形式接入電網(wǎng)。該儲(chǔ)能系統(tǒng)最大的優(yōu)勢(shì)在于可以通過(guò)調(diào)整儲(chǔ)能模塊的數(shù)量n和儲(chǔ)能介質(zhì)的功率和容量以適應(yīng)微網(wǎng)和負(fù)載不同的功率和容量要求。同時(shí)，由于系統(tǒng)包含多個(gè)輸出電壓相同的儲(chǔ)能模塊，單個(gè)模塊的故障不會(huì)使整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)失效，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。多個(gè)儲(chǔ)能模塊并聯(lián)的結(jié)構(gòu)也使得系統(tǒng)便于擴(kuò)展和維修以及實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能介質(zhì)的在線(xiàn)更換。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文中為研究方便取模塊數(shù)n=2，每個(gè)模塊中統(tǒng)一采用雙向BUCK/BOOST變換器，其低壓側(cè)分別連接額定電壓為48V，額定容量為13Ah的相同蓄電池模塊，高壓側(cè)以并聯(lián)形式接入直流電網(wǎng)，直流電網(wǎng)用阻值為20？贅的輸出電阻等效代替。如圖1所示。

2 基于SOC和輸出功率均衡的下垂控制策略

考慮到每個(gè)儲(chǔ)能單元的SOC狀態(tài)都是不一樣的，為了解決上述問(wèn)題，應(yīng)該采用有效的負(fù)載功率分配方法來(lái)平衡每個(gè)蓄電池模塊的輸出功率[9-10]。綜上，本文提出一種使蓄電池SOC均衡的新型下垂控制方法。原理為讓SOC值高的蓄電池模塊輸出更多的功率，SOC值低的模塊輸出較少的功率，最后達(dá)到不同儲(chǔ)能模塊間SOC均衡的目的。與傳統(tǒng)下垂控制以輸出功率均衡為唯一目標(biāo)不同，該方法還要通過(guò)不同儲(chǔ)能模塊間按比例分配輸出功率來(lái)實(shí)現(xiàn)模塊間的SOC均衡。通過(guò)根據(jù)各個(gè)蓄電池SOC值來(lái)調(diào)整各自的下垂控制系數(shù)就能實(shí)現(xiàn)基于下垂控制輸出功率按比例分配的目標(biāo)。分析SOC值大則輸出功率大這一要求可得下垂控制系數(shù)應(yīng)與SOC值成反比。

分析仿真結(jié)果可知，仿真初期輸出電流差值不明顯而蓄電池SOC差值明顯，所以SOC均衡控制起主要作用，SOC值大的輸出較多電流，SOC值較少的輸出較少電流。模塊1初始電流約10.5A，模塊2初始電流約8.2A，SOC均衡控制導(dǎo)致的電流差約為2.3A。

通過(guò)以上仿真分析可知，本文提出的基于蓄電池SOC和輸出電流均衡的控制策略能良好地實(shí)現(xiàn)SOC和輸出功率同時(shí)達(dá)到均衡的控制目標(biāo)，且均衡速度較快，并具有一定的系統(tǒng)穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種基于直流母線(xiàn)的并聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并提出了相應(yīng)的基于SOC和輸出功率均衡的下垂控制策略對(duì)不同變換器進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。仿真驗(yàn)證了所提出策略的正確性和可行性。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣平，熊華川.混合儲(chǔ)能系統(tǒng)平抑風(fēng)力發(fā)電輸出功率波動(dòng)控制方法設(shè)計(jì)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2013，37（1）：122-127.

[2]唐西勝，鄧衛(wèi)，齊智平.基于儲(chǔ)能的微網(wǎng)并網(wǎng)/離網(wǎng)無(wú)縫切換技術(shù)[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2012，26（1）：279-284.

[3]丁明，張穎媛，茆美琴，等.包含鈉硫電池儲(chǔ)能的微網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)化[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2011，31（4）：7-14.

[4]CHEN Haisheng， CONGTN， YANG Wei， et al. Progress in electrical energy storage system： a critical review Progress in Nature Science， 2009，19（3）：291-321.

[5]陳偉，石晶，任麗，等.微網(wǎng)中的多元復(fù)合儲(chǔ)能技術(shù)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2010，1（10）：112-115.

[6]Yirain Gao， Ehsani M. Parametric design of the traction motor and energy storage for series hybrid off-road and military vehicles[J]. IEEE Transactions on Power Electronics， 2006，21（3）：749-755.

[7]尹婷，陳軒恕，劉飛，等.基于混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器[J].高電壓技術(shù)，2009，35（1）：181-184.

[8]李國(guó)杰，唐志偉，聶宏展，等.釩液流儲(chǔ)能電池建模及其平抑風(fēng)電波動(dòng)研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38（22）：115-119.

[9]Haihua Zhou， Tanmoy Bhattacharya， Duong Tran， et al. Composite Energy Storage System Involving Battery and Ultracapacitor With Dynamic Energy Management in Microgrid Applications[J].IEEE Transactions on Power Electronics， 2011，26（3）：923-930.

[10] Wei Li， Joos， G. and Abbey， C. A Parallel Bidirectional DC/DC Converter Topology for Energy Storage Systems in Wind Applications[C]. IEEE 42nd IAS Annual Meeting， 2007：179-185.endprint