用于電池儲能系統(tǒng)的級聯(lián)式電力電子變壓器均衡及協(xié)調(diào)控制

孫玉巍, 付 超, 李永剛, 劉教民, 李正文

(1. 華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院, 河北省保定市 071003; 2. 國網(wǎng)遼寧省電力有限公司, 遼寧省沈陽市 110006)

0 引言

為應(yīng)對風(fēng)力、光伏等可再生能源發(fā)電對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行帶來的挑戰(zhàn),大容量電池儲能系統(tǒng)(battery energy storage system,BESS)已成為國內(nèi)外研究熱點,對平抑新能源功率波動、調(diào)峰調(diào)頻及提高電能質(zhì)量具有重要的意義[1-3]。

大容量BESS通常由功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)(PCS)接入中、高壓等級電網(wǎng),受制于功率器件的耐壓水平,模塊化級聯(lián)PCS拓?fù)涑蔀榇笕萘緽ESS的發(fā)展方向[3-5]。近年來國內(nèi)外廣泛研究的級聯(lián)式電力電子變壓器(power electronic transformer,PET)在交流側(cè)采用級聯(lián)H橋(cascaded H-bridge,CHB),可實現(xiàn)交流低諧波,直流側(cè)采用隔離雙向DC/DC變換器(isolated bidirectional DC/DC converter, IBDC),可實現(xiàn)電壓及功率的靈活控制和電氣隔離,便于儲能電池的分布式配置及降低安全隱患,非常適合大容量BESS場合[6-7]。下文將用于BESS的級聯(lián)式PET簡稱為PET-BESS。

以往較多文獻[8-10]對級聯(lián)式PET控制策略進行了研究,在CHB級采用雙閉環(huán)控制來控制網(wǎng)側(cè)電流和直流鏈電壓,在IBDC級采用移相調(diào)節(jié)控制輸出電壓及功率均衡,但均適用于IBDC并聯(lián)輸出場合。而在BESS應(yīng)用中,IBDC輸出端獨立接分列的電池單元,除了網(wǎng)側(cè)有功功率、無功功率、直流鏈電壓的控制外,一個重要的問題是各電池單元的荷電狀態(tài)(state of charge,SOC)需要進行均衡化處理[11],以保證系統(tǒng)額定容量及提高可靠性。

文獻[6]提出采用CHB及IBDC拓?fù)涞碾p向可拓展BESS,設(shè)計了其分布式控制策略;文獻[12]針對基于CHB+IBDC的PET-BESS提出自抗擾控制策略,以提高雙向功率翻轉(zhuǎn)時系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng),但均沒有對電池SOC均衡問題進行研究。……