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蓄电池储能电容器

发布时间:2014-11-04
蓄电池储能电容器图片

哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院的研究人员梁爽、李宁宁等,在2014年第6期《电气技术》杂志上撰文指出,通过DC/DC双向变换器将蓄电池储能接入STATCOM直流侧,直流侧电容将DC/DC侧和STATCOM侧耦合成一整体。通过建立整体的大信号模型的分析,建立了dq坐标系下基于线性解耦的小信号动态模型,实现了DC/DC侧和STATCOM侧的解耦控制。基于该模型,对DC/DC的电流环控制器,以及STATCOM侧电流电压双闭环与功率前馈相结合的控制器设计,实现了对DC/DC侧充放电功率,以及直流侧电容电压稳定输出的控制。并通过Matlab/Simulink仿真验证设计的正确性。

带蓄电池储能装置的静止同步补偿器(简称为STATCOM/BESS)不仅可以快速补偿无功,还可以补偿有功,从而提供了更加灵活多样的电能调节功能。本文通过DC/DC将蓄电池接入STATCOM直流侧,实现了功率的双向流动。设计STATCOM/BESS整体的控制策略,通常需要建立小信号模型。目前,已经有很多文献分别针对DC/DC双向变换器和STATCOM的小信号模型进行了搭建。文献[2]采用了平均状态法建立了DC/DC双向变换器的小信号模型;文献[3-4]则研究了两电平的STATCOM的小信号模型以及控制策略。文献[5]对DC-AC-DC变流器的大信号和小信号模型进行了建立。目前还没有文献对STATCOM/BESS整体建立小信号模型。

直流侧电容作为蓄电池和电网之间有功功率交换的介质,所以如果两侧功率控制不当,必然会影响到直流侧电容电压:当母线电压因为储能而升高,因释放能量而降低。文献[6]采用并联超级电容来补偿蓄电池与STATCOM之间功率的差额,但超级电容容量有限;文献[7-9]提出了优化前馈的方法,有效地抑制了直流母线电压波动。

本文在dq旋转坐标系下建立STATCOM/BESS整体的小信号模型,实现DC/DC侧和STATCOM侧的解耦独立控制;针对STATCOM侧电压电流双闭环控制直流侧电压稳定的不足,加入功率前馈控制;基于小信号模型,采用PI控制对DC/DC侧电感电流控制器进行设计,从而实现对充放电功率的控制。最后通过Matlab/Simulink仿真验证了控制器设计的正确性。

1数学模型的建立(略)

2STATCOM/BESS控制器的设计

根据上节所得到的以DC/DC侧电感电流、STATCOM侧电流内环电压外环的传递函数,采用PI控制设计控制器,实现稳态运行。

3仿真及结果

为了验证上述控制器设计的正确性,采用Matlab/Simulink软件建立了STATCOM/BESS的模型并进行了仿真。

STATCOM/BESS在t=0s时投运,t=0.2s时加入额外有功负载10KW,t=0.4s时有功负载突变为0的仿真波形。图8为双闭环+功率前馈控制的直流侧电压和DC/DC侧电感电流的波形图,图9为双闭环控制情况下的波形图。由电感电流波形图可以看出,0.2s时负载增加,蓄电池开始放电,电感电流迅速为正;0.4s时负载减少,蓄电池开始充电,电感电流快速变负。说明所设计的DC/DC侧电感电流的PI控制器的可以通过控制电感电流来控制蓄电池的充放电功率。

在0.2s、0.4s时分别出现负载的波动,由图8、9可以看出,相对于单独的电压电流双闭环控制,加入功率前馈控制之后,在0.2s时负载增加,蓄电池放电时可以更有效地抑制了直流母线电压的超调;在0.4s,负载减少,蓄电池充电时更好的维持直流母线电压的稳定。证明双闭环+功率前馈控制的设计对于稳定直流母线电压的有效性。

4结论

本文通过DC/DC双向变换器将蓄电池储能接入STATCOM直流侧。建立了dq选装坐标系下的小信号模型,基于该模型,实现了DC/DC侧与STATCOM侧的独立控制,并设计了直流侧DC/DC电流的闭环控制,以及STATCOM侧加入了功率前馈的电压电流双闭环控制,能够更好的抑制直流侧电压的波动。通过仿真验证了设计的有效性。

电容器储能图册

  • 基于超级电容-铅酸蓄电池混合储能的太阳能充电器
  • 使其与普通电容相比储能容量更大
  • 基于超级电容-铅酸蓄电池混合储能的太阳能充电器
  • 基于超级电容-铅酸蓄电池混合储能的太阳能充电器
  • 利用超级电容储能模块蓄电池的的设计方案
  • BSMJ0.4-5-3电容器产品图片
  • BSMJ0.23-16-3YN电容器产品图片
  • BZMJ0.4-2-3电容器产品图片

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