← 返回
一种考虑电池寿命的储能系统负序电压最小化控制方法
A Control Method to Minimize Negative-Sequence Grid Voltage Considering Battery Lifespan in Battery Energy Storage Systems
| 作者 | Dongho Choi · Bum-Ryeol Yoon · Jonghoon Kim · June-Seok Lee |
| 期刊 | IEEE Transactions on Energy Conversion |
| 出版日期 | 2024年6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 | 电网电压不平衡补偿 电池寿命 120Hz纹波电流 负序电流 控制方法 |
语言:
中文摘要
本文提出一种新型控制方法,旨在通过最小化负序电压来补偿电网电压不平衡,同时延长电池储能系统中电池的使用寿命。当注入负序电流以补偿电网电压不平衡时,电池输入电流中会出现频率为120 Hz的交流纹波,该频率是60 Hz电网基频的二次谐波。如果施加到电池输入端的120 Hz交流纹波电流超过一定值,相较于仅施加直流电流的情况,电池老化会加速,从而缩短电池使用寿命。因此,本文旨在将120 Hz纹波电流控制在可防止电池老化的阈值范围内,同时最大程度地提高电网不平衡补偿效果。在所提出的方法中,分析了负序电流与输入到电池的120 Hz纹波电流之间的关系,并通过数学推导得出了满足电池侧120 Hz阈值要求的负序电流参考值。实验结果验证了所提出控制方法的有效性。
English Abstract
This paper proposes a novel control method to compensate grid voltage imbalance by minimizing negative-sequence voltage while improving the battery lifespan in the battery energy storage system. When the negative-sequence current is injected to compensate for the grid voltage imbalance, an AC ripple of 120 Hz, which is the second harmonic of the grid's fundamental frequency of 60 Hz, appears in the battery input current. If an AC ripple current of 120 Hz is applied to the battery input above a certain value, it accelerates battery aging more than when only DC current is applied, thereby reducing the battery lifespan. Therefore, this paper aims to control the 120 Hz ripple current at a threshold that can prevent battery aging while maximizing the effect of the grid imbalance compensation. In the proposed method, the relationship between the negative-sequence current and the 120 Hz ripple current input to the battery is analyzed, and a negative-sequence current reference which meets the threshold of 120 Hz in the battery side is derived mathematically. The effectiveness of the proposed control method is verified by experimental results.
S
SunView 深度解读
从阳光电源储能系统业务角度分析,该论文提出的控制方法具有显著的工程应用价值。当前我司储能变流器(PCS)在电网不平衡补偿场景中,普遍面临电池侧120Hz纹波电流加速老化的技术难题。该研究通过数学建模明确了负序电流注入与电池侧纹波电流的量化关系,为在电网支撑能力与电池寿命保护之间寻找最优平衡点提供了理论依据。
对于我司储能产品线而言,该技术的价值体现在三个层面:首先,在电网侧功能拓展方面,可增强储能系统的电能质量治理能力,特别是在工商业微电网和弱电网接入场景中,这将成为差异化竞争优势;其次,在电池资产管理维度,通过智能限制纹波电流阈值,可延长电池循环寿命5-10%,直接降低系统全生命周期成本;第三,该方法可与我司现有的多电平拓扑和先进控制算法协同,形成完整的电池健康管理解决方案。
从技术成熟度评估,该方法已完成实验验证,但工程化应用仍需关注几个关键点:不同电池化学体系对纹波电流的敏感度差异、动态电网工况下阈值的自适应调整策略、以及与现有无功支撑、调频调峰等多目标控制的协调优化。建议我司技术团队可将此方法纳入下一代储能变流器控制平台的研发路线图,特别是针对电网波动较大的海外市场(如东南亚、拉美地区),该功能将显著提升产品竞争力。同时可探索将相关算法申请专利,构建技术壁垒。