混合储能系统的功率变换器电流预测控制方法

doi:10.3969/j.issn.1000-7229.2020.01.009

电力建设 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (1): 71-79.doi: 10.3969/j.issn.1000-7229.2020.01.009

混合储能系统的功率变换器电流预测控制方法

王上行1，贾学翠1，王立华2，闫士杰2，李相俊1

1.新能源与储能运行控制国家重点实验室（中国电力科学研究院有限公司），北京市 100192；2. 东北大学信息科学与工程学院，沈阳市 110819

出版日期:2020-01-01
作者简介:王上行(1990)，男，博士，工程师，主要研究方向为储能控制与应用、电网安全稳定分析；贾学翠(1984)，女，硕士，高级工程师，主要研究方向为储能控制与应用、储能建模与数据分析；王立华(1995)，男，硕士研究生，主要研究方向为电力电子与新能源发电、储能控制与应用；闫士杰(1964)，男，博士，副教授，主要研究方向为电力电子与新能源发电、储能控制与应用；李相俊（1979），男，博士，教授级高级工程师，IET Fellow，主要研究方向为大规模储能技术、新能源与分布式发电、电力系统运行与控制。
基金资助:
国家电网公司科技项目（基于信息物理融合的超大规模电池储能电站智能协调控制与能量优化管理——超大规模电池储能电站仿真模型及其暂态变化特性研究）(DG71-18-009)

Current Predictive Control of Power Converter for Hybrid Energy Storage System

WANG Shangxing1，JIA Xuecui1，WANG Lihua2, YAN Shijie2，LI Xiangjun1

1. State Key Laboratory of Control and Operation of Renewable Energy and Storage Systems (China Electric Power Research Institute), Beijing 100192, China；2. College of Information Science and Engineering, Northeastern University, Shenyang 110819, China）

Online:2020-01-01
Supported by:
This work is supported by State Grid Corporation of China Research Program(No. DG71-18-009).

摘要/Abstract

摘要： 针对随机性强和波动性大的新能源发电系统，为了平滑其出力，提出了一种混合储能系统的功率变换器电流预测控制方法。该方法首先分析了锂电池和超级电容充放电速度的互补特性，以及它们的功率变换器各种开关状态。然后基于模型预测控制建立了锂电池、超级电容器和双功率变换器预测模型。在此基础上，应用模型预测控制设计了混合储能控制系统。在考虑锂电池电流跟踪误差、超级电容器电流跟踪误差、超级电容器损耗和双功率变换器开关管导通数量的情况下，构建了多目标评价函数，并进行了最优开关模式求解。通过实时优化控制系统，输出最优开关模式，既实现了锂电池大电流充放电和跟踪低频变化功率，也实现了超级电容器小电流充放电和跟踪高频变化功率。因此，该方法实现了混合储能系统能量合理分配，延长了锂电池使用寿命，减少了开关动作，提高了系统整体效率。最后，通过仿真验证了所提方法的正确性。

关键词: 混合储能系统, 模型预测控制, 双功率变流器, 多目标优化, 最优开关模式

Abstract: In order to smooth the power output of the new energy generation system with strong randomness and fluctuation, a current predictive control method of power converter for hybrid energy storage is proposed. Firstly, the complementary characteristics of charging and discharging speeds of lithium batteries and super-capacitors are analyzed, as well as the switching states of their power converters. Then, on the basis of model predictive control, the predictive models of lithium battery, super-capacitor and dual power converter are established. On this basis, a hybrid energy storage control system is designed by using model predictive control. Considering the current tracking errors of lithium batteries, super-capacitor current tracking errors, super-capacitor losses and the number of switches of dual power converter, a multi-objective evaluation function is constructed and the optimal switching mode is solved. After real-time optimization of the control system, the optimal switching mode is output. In this way, not only the high-current and low-frequency variable power tracking of lithium battery, but also the low-current and high-frequency variable power tracking of super-capacitor are realized. Therefore, the balanced energy distribution of hybrid energy storage system is realized. The service life of lithium battery is prolonged. The switching action is reduced, and the overall efficiency of the system is improved. Finally, the correctness of the proposed method is verified by simulation.

Key words: hybrid energy storage system, model predictive control, dual power converter, multi-objective optimization, optimal switching mode

中图分类号:

TM 46

王上行，贾学翠，王立华，闫士杰，李相俊. 混合储能系统的功率变换器电流预测控制方法[J]. 电力建设, 2020, 41(1): 71-79.

WANG Shangxing，JIA Xuecui，WANG Lihua, YAN Shijie，LI Xiangjun. Current Predictive Control of Power Converter for Hybrid Energy Storage System[J]. Electric Power Construction, 2020, 41(1): 71-79.

[1]	檀勤良, 丁毅宏, 李渝, 李锐. 考虑经济环境平衡的风光火联合外送调度策略多目标优化[J]. 电力建设, 2020, 41(8): 129-136.
[2]	方朝雄，吴晓升，江岳文. 考虑暂态稳定性的网储多目标双层优化[J]. 电力建设, 2020, 41(7): 58-66.
[3]	魏震波，任小林，黄宇涵. 考虑综合需求侧响应的区域综合能源系统多目标优化调度[J]. 电力建设, 2020, 41(7): 92-99.
[4]	杨蕾，吴琛，黄伟，郭成，向川，何鑫，邢超，奚鑫泽，周鑫，杨博，张孝顺. 含高比例风光新能源电网的多目标无功优化算法[J]. 电力建设, 2020, 41(7): 100-109.
[5]	沈青文，程若发，付鑫. 一种计及脆弱性指标的分布式电源优化配置方法[J]. 电力建设, 2020, 41(3): 54-61.
[6]	张军六，樊伟，谭忠富，鞠立伟，德格吉日夫，杨莘博，孙婧霞. 计及需求响应的气电互联虚拟电厂多目标调度优化模型[J]. 电力建设, 2020, 41(2): 1-10.
[7]	陈景文，张文倩，李霞. 户用型光储电站混合电池充放电控制策略研究[J]. 电力建设, 2020, 41(2): 101-1078.
[8]	钱科军，秦萌，宋远军，周振凯，刘乙，谢鹰，陈丽娟. 基于模糊隶属度的充电站多目标优化调度[J]. 电力建设, 2020, 41(2): 118-124.
[9]	张涌新，沈弘，文俊. 面向综合需求响应的综合能源系统储能控制面向综合需求响应的综合能源系统储能控制[J]. 电力建设, 2019, 40(9): 43-51.
[10]	肖海伟，孙久严2，李章溢，肖浩，张亮，黄娟，裴玮. 基于综合储能设备的工业园区联络线功率实时MPC控制方法[J]. 电力建设, 2019, 40(8): 34-42.
[11]	孙充勃，宋毅，蔡超，原凯，杨雄. 考虑多场景需求的配电网分布式储能多目标优化配置方法[J]. 电力建设, 2019, 40(7): 48-56.
[12]	潘益，郑建勇，韩文军，张苏，马天. 考虑特高压直流馈入的受端输电网架优化方法[J]. 电力建设, 2019, 40(4): 1-8.
[13]	蔡超，窦晓波，曹水晶，陈曦，王娜. 基于模型预测控制的园区热电联供微电网能量优化[J]. 电力建设, 2019, 40(3): 27-33.
[14]	王辉，廖昆，林艺璇，金彬斌. 需求响应下含微电网配电侧市场多目标出清模型[J]. 电力建设, 2019, 40(2): 29-36.
[15]	汪涛，崔怀宇，武赓，曾鸣. 计及用户可响应负荷的区域多能源系统运行优化模型[J]. 电力建设, 2018, 39(9): 30-38.

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Current Predictive Control of Power Converter for Hybrid Energy Storage System

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