級聯型儲能系統中虛擬同步發電機控制及電池自均衡策略

李 新, 楊苒晨, 邵雨亭, 胡耀威, 陳國柱

(浙江大學電氣工程學院, 浙江省杭州市 310027)

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近年來,風電等可再生能源裝機容量、電壓等級不斷上升,而其間歇性和不確定性特點以及區域電網消納有限等問題造成了廣泛的“棄風棄光”現象[1],同時給電力系統調度和優化運行帶來挑戰[2-3]。

電池儲能系統(battery energy storage system,BESS)成為解決上述問題的有效途徑之一[4]。受電池特性及傳統兩電平或三電平拓撲耐壓影響,現有BESS電壓等級、系統容量較低,難以適應大規?？稍偕茉聪到y的功率波動、維持微電網穩定等。而級聯H橋變流器的模塊化特點可實現單機系統高壓、大容量化,成為大規模儲能發展方向[5]。

傳統的儲能系統控制方法響應快、控制靈活,但同時具有低阻尼、低慣性的不足。隨著新能源對電網滲透率不斷提高,電網轉動慣量降低,使得電力系統頻率穩定性、運行安全性逐漸降低[6-7]。為此,學者提出虛擬同步發電機(virtual synchronous generator,VSG)的控制方法[8-9],通過引入虛擬慣量提高系統的阻尼,增強電網穩定性[8],而級聯H橋變流器阻抗小、調節快速、靈活,因此VSG控制的建模分析及參數整定對系統穩定性至關重要。文獻[10-11] 通過建立VSG有功環路傳遞函數分析了虛擬慣性和阻尼系數與控制性能的關系,但未對VSG無功功率—電壓調節特性進行分析。文獻[12]建立了VSG控制的工頻小信號模型,給出了參數快速設計方法,但并未考慮交流側阻抗特性對模型完整性及控制分析的影響。

此外,受電池特性差異及外部環境影響,子模塊電池荷電狀態(SOC)存在不平衡現象,進而造成電池的過充、過放,影響系統壽命[13]?！?br>