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高倍率放电锂电储能系统的输出电压斩波补偿控制方法与电流波动抑制策略
Output Voltage Chopping Compensation Control Method and Current Fluctuation Suppression Strategy for High-Rate Discharge LBESS
| 作者 | Yiyang Liu · Weichao Li · Liang Zhou · Chen Deng · Jinyang Han · Zhennan Yang |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2024年7月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | 储能系统 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 锂电池储能系统 动态斩波变换器 输出电压补偿 输出电流波动抑制 实验验证 |
语言:
中文摘要
锂电池储能系统(LBESS)可通过高倍率放电为电磁发射系统提供短期高功率和长期高能量。然而,高倍率放电的锂电池储能系统在高压大功率发射过程中存在输出电压下降和电流低频波动的问题。本文介绍了一种采用 N + 1 级动态斩波变换器的储能系统拓扑结构,该结构可实现输出电压的动态补偿。为提高输出电压补偿的快速性,提出了一种通过设计具有初始小增益的变增益(VG)控制律的改进型自抗扰控制方法,以抑制总扰动观测的初始峰值,从而提高 VG - ADRC 控制器的响应速度。为减小直流电流波动,设计了一种带有多级级联陷波滤波器的非线性扩张状态观测器,以衰减总扰动观测中的低频分量,并实时调整参考电流,从而大幅抑制输出电流的波动幅度。此外,频率分析表明,所提出的方法不会在环路传递函数中引入负相位,也不会影响原系统的稳定性。最后,搭建了一个峰值功率为 10 MW 的脉冲放电实验平台,验证了所提策略的有效性和实用性。
English Abstract
The lithium battery energy storage system (LBESS) can provide short-term high power and long-term high energy for electromagnetic launch system through high-rate discharge. However, the high-rate discharge LBESS has the problems of output voltage drop and current low-frequency fluctuation in the high-voltage and high-power launch process. This article introduces an energy storage system topology with N+1-level dynamic chopping converter, which can realize dynamic compensation of output voltage. To promote the rapidity of output voltage compensation, an improved active disturbance rejection control method by designing the variable gain (VG) control law with initial small gain is proposed to suppress the initial peak of total disturbance observation, thus improving the response speed of VG-ADRC controller. In order to decrease the dc current fluctuation, a nonlinear extended state observer with a muti-cascade notch filter is designed to attenuate the low-frequency components in total disturbance observation, the reference current is adjusted in real-time, thereby greatly suppressing the fluctuation amplitude of output current. Moreover, the frequency analysis shows that the proposed method does not introduce the negative phase into the loop transfer function and affect the stability of the original system. Finally, a 10 MW peak power pulsed discharge experimental platform was built to verify the effectiveness and practicability of the proposed strategies.
S
SunView 深度解读
从阳光电源储能系统业务视角来看,这篇论文提出的高倍率放电锂电池储能系统技术具有重要的参考价值和潜在应用前景。
该研究聚焦于解决高倍率放电场景下的两大核心难题:输出电压骤降和电流低频波动。虽然论文以电磁发射系统为应用背景,但其技术原理对阳光电源在电网侧储能、工商业储能等需要高功率脉冲响应的场景同样适用。特别是在电网调频调峰、应急电源和微电网快速响应等应用中,系统需要在短时间内提供大功率输出,这与论文研究的技术需求高度契合。
论文提出的N+1级动态斩波变换器拓扑结构和改进型自抗扰控制方法(VG-ADRC),为阳光电源现有储能变流器PCS技术提供了升级方向。变增益控制律通过抑制扰动观测初始峰值来提升响应速度,这对改善我司储能系统的动态性能具有实际意义。多级联陷波滤波器设计用于抑制直流电流波动的策略,可有效延长电池寿命并提升系统可靠性,这直接关系到储能产品的全生命周期经济性。
从技术成熟度评估,该研究已完成10MW峰值功率的实验验证,表明技术已具备工程化基础。然而,将其应用于阳光电源商业化产品仍需考虑:一是算法在不同电池化学体系下的适配性;二是极端高倍率放电对电池安全性的挑战;三是成本与性能的平衡优化。
建议阳光电源技术团队重点关注其控制算法在现有储能变流器平台的移植可行性,特别是在大规模储能电站的功率快速响应和电能质量优化方面的应用潜力,这将进一步巩固我司在全球储能市场的技术领先地位。