【摘 要】
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近年来,随着国家对新能源产业的扶持力度加大,为实现“碳中和”目标,大规模可再生能源并网应用逐渐成为一种趋势。为了减轻可再生能源的不稳定性和间歇性对电网的冲击,配套电池储能的可再生能源系统已在工程中广泛应用。具备交、直流传输特性的模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC),因其具有模块化、易扩展的特点被应用于储能电池的分布式配置,并得到了广泛的研究。但目前
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近年来,随着国家对新能源产业的扶持力度加大,为实现“碳中和”目标,大规模可再生能源并网应用逐渐成为一种趋势。为了减轻可再生能源的不稳定性和间歇性对电网的冲击,配套电池储能的可再生能源系统已在工程中广泛应用。具备交、直流传输特性的模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC),因其具有模块化、易扩展的特点被应用于储能电池的分布式配置,并得到了广泛的研究。但目前,模块化多电平的电池储能系统的能量管理研究还不够充分,对系统能量管理策略以及各电池储能侧的功率传输控制还需进一步研究。因此,本文基于模块化多电平的电池储能系统,对其能量管理控制进行研究。本文首先对模块化多电平的电池储能系统(MMC-BESS)的工作原理、数学模型以及在配套电池下的电容电压进行了分析。并推导了三端口能量传输公式,在维持能量守恒条件下,列出了三端口能量传输模式,进一步的对电池充放电控制方式进行了分析。通过比较多种调制策略,选取了载波移相调制策略。其次,鉴于在储能系统中电池的电荷状态量(State of Charge,SOC)是对储能电池能量调用的关键因素,因此本文通过对电池特性的分析,通过实验与数据处理提取了电池二阶等效电路模型的基本参数,在此基础上提出了SOC的估算方法。然后,通过对储能系统控制目标的分析,设计了储能SOC协同控制方案,分别由能量层、MMC层以及储能电池层构成。其中能量层主要完成下发整个系统能量调度指令,并结合储能SOC判断能量守恒条件,采用切除非关键性负荷的方法维持整个系统的能量守恒。MMC层实现交流侧功率解耦控制,通过电容电压平衡控制解决了受SOC协同控制影响的电容电压不平衡问题,同时基于此平衡控制方案分析了子模块不平衡功率容差;储能电池层基于SOC离散化特点完成对各电池组的有功功率分配,并改进了传统的功率分配方法,同时为保证SOC协同控制速率,加入了约束条件并建立了SOC协同控制的时间约束关系。最后,本文利用MATLAB仿真软件对所提的MMC-BESS的控制策略进行了验证。同时,利用RTDS硬件在环搭建了一个的MMC电池储能系统,进行了实验测试。仿真和实验的结果表明本文控制策略的可行性。
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