微网中可重构电池储能的控制策略研究

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能源是人类赖以生存的重要物质基础,随着社会的发展,化石能源的过度消耗导致了能源危机的产生。微电网技术可以更好地发挥可再生能源的优势,改善电能质量,是解决化石能源危机的关键技术之一。储能系统拥有高效的可再生能源消纳能力,是微电网中平抑可再生能源波动、提高系统可靠性和运行效率的重要装置,是微电网运行与控制中不可或缺的重要组成单元。电池储能系统由于各储能单元在电池特性及初始运行状态等方面存在差异,在充放电过程中,其剩余容量和充放电效率等自身特性方面也不一致,从而会缩短电池储能的寿命以及增加系统容量的损失。因此,围绕这一问题,本文研究了可重构电池储能的荷电状态(State of charge,SOC)均衡控制方法及其在微网中的应用。本文主要研究内容如下:1、首先介绍微电网系统的主要结构,建立光伏发电系统的数学模型,并分析其输出特性及控制方式;其次,考虑到锂离子电池的优良特性,选择锂离子电池储能系统作为研究对象,建立其等效电路模型并分析;最后,对比分析了各种典型可重构电池的拓扑结构,确定本文将针对开关旁路型结构的可重构电池系统,为后文的研究奠定了基础。2、针对锂电池Thevenin等效电路模型,提出利用偏差补偿递推最小二乘法(Bias compensation recursive least squares,BCRLS)参数辨识算法进行模型参数在线辨识,同时利用扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman filtering,EKF)算法在线实时估计电池的SOC。在Simulink仿真平台中,基于快速测试工况和自定义变流工况的仿真实验,验证了Thevenin等效电路模型和BCRLS-EKF联合算法的有效性,实现了对电池SOC的在线估算,为可重构电池储能的SOC均衡控制奠定了基础。3、针对可重构电池储能系统,提出了一种高效的充放电双向SOC均衡方法。首先根据所提可重构电池储能电路的拓扑结构,分析了可重构电池的工作原理;其次介绍了所提SOC均衡控制策略,该均衡控制策略旨在实现电池充电和放电过程的双向均衡;最后在MATLAB/Simulink平台搭建仿真模型,验证了所提可重构电池储能结构和所提控制策略的可行性与有效性。4、建立基于可重构电池储能的微电网系统,提出一种微电网功率协调控制策略。首先,为了改善可重构电池的响应特性,设计了基于积分滑模控制的储能变换器控制系统;其次,将微电网运行状态划分为四种工作模式,在系统运行状态发生变化时,通过可重构电池储能的主动功率调节作用,使得微电网能够在不同工作模式下实现系统内功率平衡,保持稳定运行。最后,通过仿真模型验证了所提策略的可行性。
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