基于多电池储能系统的微网离网控制技术研究

摘要

储能系统是微网的重要组成部分，可以在微网中用于削峰填谷、改善电能质量、提高新能源供电稳定性和备用电源等，特别是在上级供电网络发生故障，微网在孤岛运行状态时，储能系统可以为微网中的负载供电。储能系统的并/离网控制策略，是实现这些功能的关键，并且随着微网负荷增大，需要进一步研究多台储能系统并联运行的控制方式。
　　本文围绕储能系统离网无互联通信线情况下，多机并联运行控制展开研究，以保证孤岛稳定运行。针对储能系统多机并联合理功率分配机理，提出了基于下垂控制实现功率成比例分配的方法，深入研究了闭环参数对下垂控制策略的影响，提出了合理选取下垂系数和引线阻抗的方法，通过仿真验证了所提出的方法能够实现储能系统多机并联时，按要求合理分配功率。针对线路阻抗差异，通过引入虚拟阻抗补偿，实现储能系统多机并联时的均流控制，同时提出了二次调频方法，在储能系统离网运行出现频率越限时，通过二次调频使其恢复到允许范围内。针对下垂控制的缺陷，设计了储能系统虚拟同步机控制，深入研究了虚拟同步机控制参数对控制的影响，同时进行了基于虚拟同步机控制的小干扰稳定性分析，验证了虚拟同步机控制策略的稳定性以及控制参数对系统稳定性影响的趋势。针对虚拟同步机多机并联时的均流响应问题，提出了自整定惯量参数控制方法，仿真验证了控制算法的可行性。最后基于硬件在环实验平台进行了储能系统离网控制实验。通过硬件在环实验验证了储能系统换流器硬件控制系统的可行性，进一步验证了本文提出的控制方法的有效性。

目录

声明

摘要

1．1 选题背景与意义

1．2 储能系统国内外标准研究现状

1．3 储能系统控制技术

1．3．1 储能系统并／离网控制

1．4 硬件在环(RT-LAB)实验验证平台

1．5 本文研究内容

第2章 电池储能系统离网控制技术

2．1 电池储能系统基本原理

2．1．1 电池储能系统的典型结构

2．1．2 储能系统逆变器数学模型

2．2 储能系统离网控制策略

2．2．1 储能系统恒压恒频控制

2．2．2 下垂控制原理

2．2．3 虚拟同步机控制策略

2．3 本章小结

第3章 电池储能系统多机并联控制策略

3．1 储能系统逆变器闭环控制

3．1．1 多种控制策略的比较

3．1．2 仿真验证

3．2 储能系统多机并联下垂控制

3．2．1 基于下垂控制功率分配原理

3．2．2 闭环参数对下垂控制效果的影响

3．2．3 下垂系数的选取

3．2．4 引线阻抗参数选取

3．3 改进的下垂控制策略

3．3．1 引线阻抗差异对多机并联的影响

3．3．2 下垂控制二次调频

3．4 本章小结

第4章 虚拟同步机控制策略

4．1 储能系统虚拟同步机控制

4．1．1 虚拟同步机原理

4．1．2 储能系统虚拟同步机的控制设计

4．2 虚拟同步机参数设计及稳定性分析

4．2．1 虚拟同步机控制参数设计

4．2．2 虚拟同步机小干扰稳定性分析

4．3 虚拟同步机多机并联改进方法

4．4 本章小结

第5章 基于硬件在环储能系统离网控制实验

5．1 硬件在环储能系统实验平台的构建

5．1．1 实验平台系统结构

5．1．2 储能控制系统结构

5．2 控制算法程序设计

5．2．1 下垂控制软件设计

5．2．2 虚拟同步机控制软件设计

5．2．3 多机并联启动过程

5．3 储能系统离网运行控制策略实验

5．3．1 储能系统单机离网运行

5．3．2 多机并联的下垂控制

5．3．3 多机并联的虚拟同步机控制

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果

致谢