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一种基于级联H桥变换器储能系统的新型容错运行方法以避免过充
A Novel Fault-Tolerant Operation Approach for Cascaded H-Bridge Converter-Based Battery Energy Storage Systems to Avoid Overcharge
| 作者 | Qian Xiao · Haolin Yu · Yu Jin · Hongjie Jia · Yunfei Mu · Huiqiao Liu |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Electronics |
| 出版日期 | 2024年11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 | 级联H桥电池储能系统 容错运行 基频零序电压注入 功率反转 过充风险 |
语言:
中文摘要
摘要:基于传统基频零序电压(FFZSV)注入的容错运行方法,在低功率因数且子模块(SM)发生故障的情况下会导致功率反转,这使得基于级联 H 桥变流器的电池储能系统(CHB - BESS)存在过充风险。为解决这一问题,本文为 CHB - BESS 提出了一种新型容错运行方法。首先,分析了基于传统 FFZSV 注入方法的功率反转机理和过充风险。在此基础上,根据安全的 FFZSV 注入区域将 CHB - BESS 的运行状态划分为三个阶段,对 FFZSV 进行修正,并在必要时注入负序电流。这样,三相电池组之间的功率流可保持同一方向,从而避免功率反转和过充风险。不同工况下的实验结果验证了所提出的 CHB - BESS 容错运行方法能够实现不间断运行并避免过充风险。
English Abstract
Conventional fundamental frequency zero-sequence voltage (FFZSV) injection-based fault-tolerant operation methods cause power reversion under submodule (SM) failure conditions with low-power factor, which leads to overcharge risk in the cascaded H-bridge converter-based battery energy storage system (CHB-BESS). To solve this issue, a novel fault-tolerant operation approach has been proposed for the CHB-BESS. First, the power reversion mechanism and overcharge risk are analyzed with the conventional FFZSV injection-based methods. On this basis, the operation conditions of the CHB-BESS are divided into three stages according to the safe FFZSV injection region, the FFZSV is modified, and the negative sequence current is injected when necessary. As a result, the power flow of battery packs among the three phases can maintain the same direction, and the power reversion and overcharge risk can be avoided. Experimental results under various conditions verify that the proposed fault-tolerant operation approach of the CHB-BESS can achieve uninterrupted operation and avoid overcharge risk.
S
SunView 深度解读
从阳光电源储能系统业务视角来看,这项针对级联H桥变换器的容错运行技术具有重要的工程应用价值。级联H桥拓扑是阳光电源中高压储能系统的核心架构之一,其模块化设计在提升系统可靠性的同时,也带来了子模块故障时的功率管理难题。
该论文揭示的关键问题——低功率因数工况下传统零序电压注入方法导致的功率反向和过充风险——正是制约储能系统连续运行能力的技术瓶颈。在电网侧储能应用中,系统经常工作在非单位功率因数状态,若子模块故障引发电池过充,不仅威胁系统安全,还可能造成整站停机,直接影响项目收益和品牌声誉。
提出的三阶段运行策略通过动态修正零序电压并在必要时注入负序电流,实现了故障工况下各相电池包功率流向的一致性控制。这种方法对阳光电源的技术价值体现在三个层面:首先,可显著提升1500V储能系统的容错能力,支撑不间断并网运行;其次,为产品差异化竞争提供技术支撑,特别是在对可靠性要求严苛的调频、调峰应用场景;第三,该技术可与现有BMS系统协同,形成更完善的安全防护体系。
技术挑战主要在于负序电流注入对电网的影响评估、多故障场景下的控制策略优化,以及算法在不同电池化学体系下的适配性验证。建议阳光电源将此技术纳入下一代储能变流器PCS的研发路线图,结合实际工况进行中试验证,尤其关注极端气候和电网扰动条件下的长期可靠性表现,以加速技术产业化进程。