电池储能系统的分层控制策略研究

可再生能源发电的输出功率具有波动性和间歇性的特点,给电网安全运行带来显著的不利影响,限制了可再生能源发电大规模接入电网的能力。在保证既有电网安全稳定运行的前提下,如何提高可再生能源发电的渗透率成为亟需解决的问题。电池储能系统是提高可再生能源接入电网的有效手段,对提高电网中可再生能源的渗透率,解决日益增长的能源需求有重要意义。电池储能系统的应用面临着的一些关键技术难题,如有功功率和无功功率的分配与控制问题、储能电池的荷电状态变化带来的功率输出受限问题、储能机组的工况切换带来的冲击问题、变流器的并联带来环流问题等。以上问题对应储能系统的不同层级,需要从储能电站层,储能机组层和变流器层去开展进一步的分析研究。本文从系统角度入手,提出包括电网控制层、能量控制层、功率控制层和电流控制层共四层架构的储能系统控制策略,分别设计相应的控制策略。主要工作如下:1.为了响应电网调度系统的功率调度指令,减少控制误差,提出基于状态分类的功率控制策略。该控制策略根据储能机组的状态与有功功率之间的关系,提出了一种基于状态分类的储能电站有功功率分配算法,并应用于储能电站的有功功率控制中,可以有效地均衡储能电池的储能能量,保证各储能机组的功率调度能力,从而减少有功功率控制误差;提出了一种基于状态分类的储能电站的无功功率分配算法,并应用于储能电站的无功功率控制中,可以有效地利用储能机组的无功输出能力,从而减少发电场专用无功补偿装置的配置。2.为了保持储能电池的充放电能力,同时延长其使用寿命,提出了一种基于电池荷电状态反馈的能量控制策略。该策略根据储能电池组的荷电状态,低频叠加充放电功率,实现储能电池的能量调节,从而保证储能电池的充放电能力,而且有效地延长了使用寿命。3.针对储能变流器在工况切换产生的电压和电流闪变的问题,提出了一种储能变流器的柔性功率控制策略,将储能变流器运行工况的切换统一为直流电流控制器、交流电流控制器和无功功率控制器的动态限幅阈值的改变,并应用于储能变流器的功率控制中,实现运行工况的柔性无冲击切换。4.针对变流器模块级并联产生的零序环流问题,提出一种基于双载波调制和比例谐振控制的零序环流抑制策略。该策略通过双载波调制抑制高频零序环流,通过零序环流闭环的比例谐振控制抑制低频零序环流,两种的结合来实现零序环流的抑制。基于以上的研究工作,将本文设计的储能系统控制策略应用于实验样机,进行了不同层级的运行试验。运行试验的结果表明:本文设计的储能控制系统在满足接入电网基本要求的基础上,具有工况切换平滑、零序环流小的优点,且通过电池的能量管理,可以有效地调节电池储存的能量,减少了电池的等效循环寿命,从而可以延长电池的使用寿命。