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基于改进下垂控制的模块化电池储能系统构建方法与控制策略
A Novel Construction Method and Control Strategy of Modular Battery Energy Storage Systems Based on Improved Droop Control
| 作者 | |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | 储能系统 下垂控制 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 模块化变换器 下垂控制 电池单元(BUC) 储能系统构建 两层复合控制策略 |
语言:
中文摘要
基于模块化变流器的电池均衡技术需要解决众多串并联模块化变流器如何稳定协同工作的问题。本文根据模块化电池储能系统的特点,改进了下垂控制的应用形式,将电池、模块化变流器和下垂控制相结合,设计了带变流器的电池单元(BUC)。对并联BUC和串联BUC的特性进行分析和重新设计,使其适用于串并联扩展以及电池的输出均流控制。在此基础上,提出了一种基于BUC的储能系统构建方法。此外,提出了一种基于改进下垂控制的两层复合控制策略,包括下层控制策略和上层控制策略。仿真和物理实验均表明,所提出的方案能够实现储能系统总输出的恒压或恒流控制,可使各电池的输出电流按照给定比例进行分配,控制精度高,并且能够容忍长达2.5秒的通信故障。
English Abstract
The battery balancing technology based on modular converters needs to solve the problem of how to make many modular converters in series and parallel work together stably. In this article, according to the characteristics of modular battery energy storage systems, the application form of droop control is improved, and a battery unit with converter (BUC) is designed by combining battery, modular converter, and droop control. The properties of parallel BUCs and series BUCs are analyzed and redesigned to make them suitable for series–parallel expansion and the output current sharing control of the batteries. On this basis, a construction method of energy storage systems based on BUCs is proposed. In addition, a two-layer composite control strategy based on improved droop control is proposed, including the lower control strategy and the upper control strategy. Both simulation and physical experiments show that the proposed scheme can realize the constant voltage or constant current control of the total output of the energy storage system, and it can make the output current of each battery shared according to a given ratio with high control accuracy, and it can tolerate the communication failure of up to 2.5 s.
S
SunView 深度解读
从阳光电源储能系统业务视角来看,这篇论文提出的基于改进下垂控制的模块化电池储能系统构建方法具有重要的技术参考价值。该技术通过将电池、模块化变换器与改进的下垂控制相结合,形成电池单元控制器(BUC),为解决大规模储能系统中模块协同工作的核心难题提供了新思路。
对于阳光电源的储能产品线而言,该技术的最大价值在于其双层复合控制策略能够实现电池单元的串并联灵活扩展和精确的电流分配控制。这与我们PowerStack系列储能系统追求的高度模块化、智能化管理方向高度契合。特别是其能够容忍2.5秒通信故障的特性,显著提升了系统可靠性,这对于工商业储能和电网侧储能应用场景至关重要。论文中提出的电流按比例分配控制方法,可以有效解决不同老化程度电池组的均衡使用问题,延长整体系统寿命,降低运维成本。
从技术成熟度评估,该方案已完成仿真和物理实验验证,具备工程化应用基础。但在向百兆瓦级储能电站扩展时,仍需关注以下挑战:大规模串并联系统的动态响应速度、极端工况下的稳定性、以及与现有BMS和EMS系统的集成复杂度。此外,改进下垂控制算法在不同电池化学体系(磷酸铁锂、三元锂等)上的适配性也需要深入验证。
建议将该技术纳入我们下一代液冷储能系统的预研方向,重点探索其在削峰填谷、调频调压等高频次充放电场景中的应用潜力,进一步巩固阳光电源在储能系统集成领域的技术领先地位。