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电池储能阵列系统的新控制策略

时间:2020-02-09 16:54      来源:未知   浏览量:

电池储能阵列系统的新控制策略

华北电力大学电气与电子工程学院的研究人员郭伟、赵洪山,在2019年第23期《电工技术学报》上撰文(论文标题为“基于改进分布式一致性算法的电池储能阵列分组控制策略”),针对由多个电池单元构成的电池储能阵列系统(BESAS)优化运行问题,提出一种基于模型预测控制(MPC)的加权离散一致性算法。仿真结果表明,所提的算法和协调策略在控制效果、收敛速度以及延长电池寿命方面均具有一定的优势。
 
储能技术是解决新能源消纳问题的重要手段之一。在众多储能技术中,电池储能因其具有灵活的配置方式和较高的能量密度,已广泛应用于电力系统,并建成了大量的示范工程。
在实际应用中,由于电池参数的不一致性,难以将其集成为一个大容量的储能系统,不论是张北风光储示范工程,还是近期在江苏镇江投运的101MW/202MWh电池储能电站,都是由多个子储能单元构成。因此,研究多个电池储能单元间的功率协调控制问题具有重要的学术意义和工程应用价值。
目前对储能技术的研究大多集中在单一储能系统和混合储能系统,但只是将某一储能介质作为整体考虑,很少有涉及同种储能介质内功率细化分配的研究。
有学者的成果是少有的细化至混合储能单元的能量优化研究,其提出了一种基于改进低通滤波算法和优化理论相结合的混合储能系统管理策略,上层控制中心需要对不同介质各个储能单元的功率进行优化分配,对通信要求较高,是一种高度集中式的能量管理框架。
有学者则针对多个飞轮储能单元,采用一致性算法实现飞轮间的分布式协调控制。对多个电池储能单元应用分布式控制是一种可靠性较高的技术方案,但仍需克服电池储能存在循环寿命短的问题。
研究表明,采用双电池结构可以延长储能电站服役时间,并提高容量利用率,但降低了整个储能系统的可利用功率。因此,华北电力大学电气与电子工程学院的研究人员郭伟、赵洪山,在2019年第23期《电工技术学报》上撰文,以双电池结构为基础,并研究含有多个电池单元储能阵列系统的分布式协调控制。
 
图1 风电-电池储能阵列系统
首先,提出了一种基于模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)的加权离散一致性算法,并给出详细的推导过程,通过该算法可以实现多个储能单元的分布式协调控制。其次,将多个电池单元划分为充电组和放电组,并制定相应的协调控制策略,在保证整个电池储能阵列系统额定功率的前提下减少电池单元的充/放电转换次数,实现延长电池使用寿命的目的。最后,给出了加权矩阵的设定原则,以提高所提出算法的收敛速度,实现电池单元功率的快速自适应分配。采用实际风电场数据进行仿真验证,结果表明了所提算法及协调策略的有效性。
由于风电出力的随机性和波动性,某些时间段对电池储能阵列系统的功率需求较大,需要配置较多的电池储能单元来保证平抑效果,这显然会降低储能电站的经济性。未来将引入功率型储能单元以构成混合储能阵列系统,并通过配置合理的容量和功率,使其兼顾能量型和功率型储能技术的优点,以进一步改善储能电站的经济性和可靠性。

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