【NSFC青年基金】基于辅助功率环的链式混合储能系统功率解耦控制研究

本项目受国家自然科学基金资助，项目号51407025

研究目标

本项目的研究目标是以“正交功率分解”理论为基础，构建以蓄电池和超级电容器为储能元件、包含辅助功率环的新型链式混合储能系统，并研究其调制方式和优化设计方法。研究链式混合储能系统的能量管理策略，利用新型链式混合储能系统的辅助功率环，实现链式结构下储能单元之间的功率优化分配控制和能量均衡控制。研究、探索并掌握其设计、分析和控制等方面的一般性规律，为高压大功率链式混合储能系统的实用化、产业化奠定理论和技术基础。

研究内容

(1) 两种新型拓扑结构和调制方式研究

在对称链式拓扑和不对称链式拓扑的基础上，加入LC调谐滤波器，形成两类新型的链式蓄电池/超级电容器混合储能系统。并提出奇次谐波混合调制和双频PS-PWM调制两种新型调制方式，实现直流侧电压对称和不对称条件下高频电压、电流的注入，以构成辅助功率环并实现功率解耦控制。

(2) 优化设计方法研究

对辅助功率环中的能量流动进行定量分析，建立基于辅助功率环的链式混合储能系统稳态和动态数学模型，推导出链式混合储能系统的优化设计方法，包括级联变换器数量、各储能单元直流侧电压、辅助功率环工作频率、LC调谐滤波器等关键参数的设计。

(3) 功率优化分配控制研究

在对链式混合储能系统拓扑及控制策略研究的基础上，研究基于多目标规划的混合储能系统功率优化分配算法，据此进一步研究功率分配控制，包括主功率环控制、电容器链节的直流侧电压控制、蓄电池链节的复合功率输出以及超级电容器链节的SOC控制。

(4) 能量均衡控制研究

研究利用辅助功率环进行储能单元之间能量均衡控制的方法，实现能量均衡电流与并网电流之间的解耦控制，并将能量均衡控制策略从单相系统延伸至三相系统，实现相间和相内储能单元间的能量均衡控制。

(5) 性能综合评估和实验研究

基于上述研究成果，以平抑分布式发电系统输出功率波动为目标，构建完整的链式混合储能系统能量管理系统，将其应用于分布式发电系统中，并通过实验评估基于辅助功率环的链式混合储能系统各方面的性能，包括储能系统效率、响应速度、功率输出能力和系统可靠性等。在此基础上发现存在问题，进一步改进系统结构和控制方法，提高综合性能。