蒋玮—链式混合储能系统功率控制及状态估计技术研究
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Wei Jiang*, Shuai Xue, Lizong Zhang, Wei Xu, Kailiang Yu, Wu Chen, Lei Zhang, Flexible Power Distribution Control in Asymmetrical Cascaded Multilevel Converter Based Hybrid Energy Storage System, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Accepted, to be publish.
n 1
各频率分量解耦 可单独控制
辅助功率环等效电路图
§相量图定量分析
功率交换相量图
研究进展：基于辅助功率环的链式混合储能系统
由相量图分析，得出通过辅助环交换的功率与损耗功率：
功率与损耗之间的关系
研究进展：基于辅助功率环的链式混合储能系统
H桥输出电压波形
各链结输出电压表达式：
研究进展：基于辅助功率环的链式混合储能系统
研究内容与目标
1、研究基于“正交功率分解”理论的链式储能系统H桥之 间通过辅助功率环进行能量交换的技术，构建以蓄电池和 超级电容器为储能元件、包含辅助功率环的新型链式混合 储能系统，并研究其调制方式和优化设计方法。 2、研究基于“一维空间矢量调制”的混合储能系统功率分 配技术，实现链式结构下储能单元之间的功率优化分配控 制和能量均衡控制。 3、研究混合储能系统的状态估计技术。
B C D E
a相 b相 c相
A B C D E
基于 链式 拓扑 的储 能系 统
wenku.baidu.com
添加储能效率高标题
单个变换器功率电压小设计和制作容易 单个模块故障，储能系统可降额运行 单击此处添加标 题 输出电平数多
研究背景
核心问题 • 不同储能元件元件间的 功率分配问题 • 功率型储能元件的能量 恢复问题 • 串联储能元件的均衡问 题 • 混合储能系统状态估计 问题 • 混合储能系统的分布式 控制问题 链式储能系统
（a）
由三个H桥模块级联而成的5kW实验平台 （a）三个H桥输出电压波形
（b）
（b）级联H桥输出电压与辅助环电流波形
（c）超级电容电压与蓄电池输出电流波形
研究进展：基于一维矢量调制的链式混合储能系统
0 1 2
V 0 -V
一维前馈空间矢量调制是通过对控制域的筛 选，并考虑超级电容器两端的实际电压以及 负载电流方向，在线计算H桥的开关状态和 开关时间，实现超级电容器的SOC均衡，进 而实现在任意电压比下获得较为理想的正弦 输出电压波形，实现链节间功率控制。
Wei Jiang*, Lili Huang, Lei Zhang, Hui Zhao, Liang Wang, Control of Active Power Exchange With Auxiliary Power Loop in SinglePhase Cascaded Multilevel Converter Based Energy Storage System, IEEE Transactions on Power Electronics, 2017, 32(2): 1518-1532.
Vc1 (电池电压). Vo (负载电压)
Vc2 (EDLC 1).
Ia (辅助环电流)
Vc3 (EDLC 2).
负载电压与辅助环电流仿真波形
Vs (输出电压).
uc2 (EDLC1 电压) uc3 (EDLC2 电压)
H桥输出电压仿真波形
超级电容器电压仿真波形
研究进展：基于辅助功率环的链式混合储能系统
研究进展：基于辅助功率环的链式混合储能系统
主功率 环
辅助功率环
谐振 选频
功率交换
链式混合储能系统中加入串联LC调谐滤波器，链节与 LC 调谐滤波器形成辅助功率环，使链式混合储 能系统对外功率输出与内部各储能单元之间功率转移能够进行解耦控制。在不影响系统有功、无功功 率输出的前提下，实现链式混合储能系统中储能单元之间的功率转移。
研究进展：基于辅助功率环的链式混合储能系统
§ 正交分解理论
v t V0 2Vn cos nt n
i t I 0 2 I n cos n t n
n 1
§等效模型定性分析
n 1
P = V0 I 0 + Vn I n cos n n
能量转换效率高
电池本体技术 铅 碳 锂 电 混合 储能
系统级策略 功率 分配 控制 目标 控制 手段 运营 机制
链式 拓扑
能量 均衡
目录
研究背景 基于辅助功率环的链式混合储能系统及功率控制 基于一维空间矢量调制的链式混合储能系统及功率控制 链式混合储能系统等效模型及等效SOC估计
研究背景
A
基于 单个 变换 器的 储能 系统 设计时需准确预测功率需求 耐压低 高压大功率变换器的设计和制作困难 储能系统冗余性差 谐波含量高 需求变化时可同调整储能单元数量和 连接方式完成系统重构
链式混合储能系统功率控制及 状态估计技术研究
汇 报 人 蒋玮
所在单位 江苏欧力特能源科技有限公司 东南大学电气工程学院 Southeast University 2018.5.19 深圳
个人简介
蒋玮，博士，副教授，博士生导师。主要研究方向为储能变 流器技术和储能技术在电力系统中的应用。近几年主持国家自然 科学基金1项；作为主要研究人员参与国家自然科学基金项目2项、 国家重点研发计划2项；主持起草行业标准1项；参与国家级、省 部级项目多项；先后获得江苏省科学技术二等奖（排名第二）、 江苏省电工科学技术一等奖（排名第一）、国家电网公司科技进 步一等奖等奖励，以及江苏省六大人才高峰、江苏省双创人才和 绿扬金凤等人才项目支持。主持、参与国家电网公司总部科技项 目多项。共有10余篇论文被IEEE Transactions on Industrial Electronics、IEEE Transactions on Power Electronics、IET Renewable Power Generation、电工技术学报、电力系统自动 化、IEEE ECCE等国内外一流刊物或会议发表或录用，授权国家 发明专利3项。
储能技术研究方向
电网公司 备用 容量
抑制新 能源发 电波动
用户 调频 … 应急 电源 光伏 配套 峰谷 电价 电能 … 质量
削峰 填谷
电网安全稳定运行
用能经济性
储能系统优化配置 容量 功率 响应速度
度电成本低
储能技 术选择
储能选 址定容 储能变流器
储能协 调控制
投资成本 电网结构 地理位置
电网与用户双赢
n 1
各频率分量解耦 可单独控制
辅助功率环等效电路图
§相量图定量分析
功率交换相量图
研究进展：基于辅助功率环的链式混合储能系统
由相量图分析，得出通过辅助环交换的功率与损耗功率：
功率与损耗之间的关系
研究进展：基于辅助功率环的链式混合储能系统
H桥输出电压波形
各链结输出电压表达式：
研究进展：基于辅助功率环的链式混合储能系统
研究内容与目标
1、研究基于“正交功率分解”理论的链式储能系统H桥之 间通过辅助功率环进行能量交换的技术，构建以蓄电池和 超级电容器为储能元件、包含辅助功率环的新型链式混合 储能系统，并研究其调制方式和优化设计方法。 2、研究基于“一维空间矢量调制”的混合储能系统功率分 配技术，实现链式结构下储能单元之间的功率优化分配控 制和能量均衡控制。 3、研究混合储能系统的状态估计技术。
B C D E
a相 b相 c相
A B C D E
基于 链式 拓扑 的储 能系 统
wenku.baidu.com
添加储能效率高标题
单个变换器功率电压小设计和制作容易 单个模块故障，储能系统可降额运行 单击此处添加标 题 输出电平数多
研究背景
核心问题 • 不同储能元件元件间的 功率分配问题 • 功率型储能元件的能量 恢复问题 • 串联储能元件的均衡问 题 • 混合储能系统状态估计 问题 • 混合储能系统的分布式 控制问题 链式储能系统
（a）
由三个H桥模块级联而成的5kW实验平台 （a）三个H桥输出电压波形
（b）
（b）级联H桥输出电压与辅助环电流波形
（c）超级电容电压与蓄电池输出电流波形
研究进展：基于一维矢量调制的链式混合储能系统
0 1 2
V 0 -V
一维前馈空间矢量调制是通过对控制域的筛 选，并考虑超级电容器两端的实际电压以及 负载电流方向，在线计算H桥的开关状态和 开关时间，实现超级电容器的SOC均衡，进 而实现在任意电压比下获得较为理想的正弦 输出电压波形，实现链节间功率控制。
Wei Jiang*, Lili Huang, Lei Zhang, Hui Zhao, Liang Wang, Control of Active Power Exchange With Auxiliary Power Loop in SinglePhase Cascaded Multilevel Converter Based Energy Storage System, IEEE Transactions on Power Electronics, 2017, 32(2): 1518-1532.
Vc1 (电池电压). Vo (负载电压)
Vc2 (EDLC 1).
Ia (辅助环电流)
Vc3 (EDLC 2).
负载电压与辅助环电流仿真波形
Vs (输出电压).
uc2 (EDLC1 电压) uc3 (EDLC2 电压)
H桥输出电压仿真波形
超级电容器电压仿真波形
研究进展：基于辅助功率环的链式混合储能系统
研究进展：基于辅助功率环的链式混合储能系统
主功率 环
辅助功率环
谐振 选频
功率交换
链式混合储能系统中加入串联LC调谐滤波器，链节与 LC 调谐滤波器形成辅助功率环，使链式混合储 能系统对外功率输出与内部各储能单元之间功率转移能够进行解耦控制。在不影响系统有功、无功功 率输出的前提下，实现链式混合储能系统中储能单元之间的功率转移。
研究进展：基于辅助功率环的链式混合储能系统
§ 正交分解理论
v t V0 2Vn cos nt n
i t I 0 2 I n cos n t n
n 1
§等效模型定性分析
n 1
P = V0 I 0 + Vn I n cos n n
能量转换效率高
电池本体技术 铅 碳 锂 电 混合 储能
系统级策略 功率 分配 控制 目标 控制 手段 运营 机制
链式 拓扑
能量 均衡
目录
研究背景 基于辅助功率环的链式混合储能系统及功率控制 基于一维空间矢量调制的链式混合储能系统及功率控制 链式混合储能系统等效模型及等效SOC估计
研究背景
A
基于 单个 变换 器的 储能 系统 设计时需准确预测功率需求 耐压低 高压大功率变换器的设计和制作困难 储能系统冗余性差 谐波含量高 需求变化时可同调整储能单元数量和 连接方式完成系统重构
链式混合储能系统功率控制及 状态估计技术研究
汇 报 人 蒋玮
所在单位 江苏欧力特能源科技有限公司 东南大学电气工程学院 Southeast University 2018.5.19 深圳
个人简介
蒋玮，博士，副教授，博士生导师。主要研究方向为储能变 流器技术和储能技术在电力系统中的应用。近几年主持国家自然 科学基金1项；作为主要研究人员参与国家自然科学基金项目2项、 国家重点研发计划2项；主持起草行业标准1项；参与国家级、省 部级项目多项；先后获得江苏省科学技术二等奖（排名第二）、 江苏省电工科学技术一等奖（排名第一）、国家电网公司科技进 步一等奖等奖励，以及江苏省六大人才高峰、江苏省双创人才和 绿扬金凤等人才项目支持。主持、参与国家电网公司总部科技项 目多项。共有10余篇论文被IEEE Transactions on Industrial Electronics、IEEE Transactions on Power Electronics、IET Renewable Power Generation、电工技术学报、电力系统自动 化、IEEE ECCE等国内外一流刊物或会议发表或录用，授权国家 发明专利3项。
储能技术研究方向
电网公司 备用 容量
抑制新 能源发 电波动
用户 调频 … 应急 电源 光伏 配套 峰谷 电价 电能 … 质量
削峰 填谷
电网安全稳定运行
用能经济性
储能系统优化配置 容量 功率 响应速度
度电成本低
储能技 术选择
储能选 址定容 储能变流器
储能协 调控制
投资成本 电网结构 地理位置
电网与用户双赢