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电流注入法抑制MMC-BESS电流纹波的分析与优化
Analysis and Optimization of Current Injection Method for Mitigating the Current Ripple of MMC-BESS
| 作者 | Yongzheng Yu · Xiaolei Cheng · Junfang Hao · Xiaotian Yuan · Qiufeng Shang · Ying Yang |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年5月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | 储能系统 多电平 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 模块化多电平换流器电池储能系统 电池电流纹波 电流注入法 能量偏差优化 参数优化 |
语言:
中文摘要
由于模块化多电平换流器电池储能系统(MMC - BESS)固有的运行特性,存在电池电流纹波问题,这将不可避免地影响电池寿命并增加传导损耗。为解决这一问题,本文研究了用于抑制MMC - BESS电池电流纹波的电流注入方法。为分析子模块中电流纹波的产生机理,将电流偏差优化问题转化为能量偏差优化问题。考虑电抗器和电池模块的影响,以获得电池电流和电容电压偏差的精确解析表达式,从而优化电流注入值。此外,对影响电池电流纹波的因素进行了定量分析,以实现参数优化。实验结果验证了所提出的基于能量的分析方法的正确性,以及优化后的电流注入方法抑制电池电流纹波的能力。
English Abstract
Due to the inherent operational property, the modular multilevel converter battery energy storage system (MMC-BESS) exists battery current ripple issue, which will inevitably affect the battery life and increase the conduction loss. To address this issue, this article investigates the current injection method for mitigating the battery current ripple of MMC-BESS. To analyze the mechanism of current ripple in submodules, the current deviation optimization problem is converted into the energy deviation optimization problem. The effect of the reactor and the battery module is considered to obtain the accurate analytical expression of battery current and capacitor voltage deviation for optimizing the current injection value. Furthermore, the quantitative analysis of factors affecting the battery current ripple is conducted for parameter optimization. The experiment results verify the correctness of the proposed energy-based analysis method as well as the ability of the optimized current injection method to mitigate the battery current ripple.
S
SunView 深度解读
从阳光电源储能系统业务角度分析,该论文针对模块化多电平换流器电池储能系统(MMC-BESS)的电流纹波抑制问题提出了优化方案,具有重要的工程应用价值。
MMC-BESS是我司大规模储能系统的核心技术路线之一,其模块化设计与电池直接集成的特性符合我们在工商业储能和电网侧储能产品的发展方向。然而,电池电流纹波一直是影响系统性能的关键痛点:纹波会加速电池老化、降低循环寿命,并增加导通损耗,直接影响储能系统的全生命周期经济性。该研究通过将电流偏差优化转化为能量偏差优化,并综合考虑电抗器和电池模块的影响,获得了精确的解析表达式,为电流注入值的优化提供了理论依据。
从技术成熟度看,电流注入法本身属于成熟的控制策略,该研究的创新在于优化方法和定量分析框架。实验验证表明该方法具备工程可行性,可直接应用于我司现有MMC-BESS产品的控制算法升级,无需硬件改动,实施成本较低。这对提升我司储能变流器(PCS)的差异化竞争力具有积极意义。
潜在挑战在于不同电池化学体系(磷酸铁锂、三元锂等)对纹波的敏感度差异,以及老化电池参数漂移对优化效果的影响,需要结合我司电池管理系统(BMS)进行自适应调整。建议将该技术纳入下一代储能系统的研发路线图,并与电池供应商开展联合测试,量化评估纹波抑制对电池寿命延长的实际贡献,形成可量化的产品价值主张,支撑高端储能市场的开拓。