摘  要：传统电网模式下，电力产生、输送、配送及使用都必须同时间完成，而大部分的可再生微电源如风能、太阳能等容易出现波动的特点以及负荷产生的干扰，都会导致电网的不稳定。而大容量电池储能为这个问题提供了实际可行的解决方案。电池储能的关键在于有效控制电压和频率稳定，因此控制器就成为了不可或缺的部分。

文章首先介绍了大容量储能技术的发展背景、前景，并介绍了控制器的概念。研究了控制器结构、基本控制原理及相应控制策略。分析了能够让储能系统稳定有序运行的控制算法，以保证控制器对电压及频率进行有效控制的能力。建立了主电路模型及控制器结构模型，并在环境中建立储能系统的仿真模型。在仿真过程中不断改变负载条件，根据模拟出的不同结果，验证所建立的大容量电池储能控制器控制算法的正确性及其有效性。

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1 概    述

1.1 课题研究的背景和意义

日益进步的社会经济与人民物质生活水平地持续提升，不仅增加电力的消耗，也是对电力稳定性提出严苛的要求。一方面，传统电网存在着负荷快速增长、峰谷差急剧扩大及远距离输电成本持续提高等困扰；同时，环境恶化和能源危机等问题日益凸显，人们对于风能、太阳能等可再生能源的发展给予越来越多的重视，然而这些可再生能源间歇性、波动性的缺陷影响着电网的安全、稳定运行。另一方面，考虑到尽可能地利用可再生能源、提高电网可靠性，若大电网出现故障（例如电网电压大值跌落很大甚至崩溃），通常情况下可以将这些可再生能源就地连接成微电网或者始终进行孤网（孤岛）供电并不接入大电网。不仅缺少大电网支持，而且可再生能源自身不稳定的特性，都会给孤网系统平稳运行带来巨大挑战。不断进步的储能技术与其逐步普遍的推广与应用将为解决可再生微电源规模化接入电网以及弥补用电高峰期供电不足的状况提供了一种实际可行的方法。同时储能技术中的控制器单元作为连接可再生能源与电网的关键部分将扮演极其重要的角色。因此，对储能系统控制器进行更加深入的探讨研发就显得更加重要。

1.2控制技术的类型及发展现状

储能系统对于含有可再生能源的电力系统，尤其是孤网系统在保持其能量供求平衡、系统频率和电压的稳定方面发挥极其明显的作用；不仅如此，电网智能化及可再生能源的不断进步，也进一步推动了储能系统控制技术的发展，主要表现在如下三方面：接入方式、工作模式及其控制策略。中国知网学术不端文献检测系统

根据系统接入方式及其控制策略划分，目前主要分为两种：一是将储能系统直接与可再生能源的变换器直流端进行并联，依靠此变换器完成储能系统与电网及可再生能源三者之间能量变换与控制。高可靠性、低损耗及便于控制是这种直流汇聚接入的方式的优势。这种控制研究方式着重于协调控制可再生能源、储能系统与负载，然而可再生能源的变换器容量易对其造成限制，不利于对储能系统的能量及功率进行有效的控制。二是将储能系统与微电源变换器交流端并联，即先经过电力电子变换器再与电网相连。此种接入方式的优点有容易扩展容量、简单的模块化管理与控制，因此成为目前最多被采用的方式。

根据系统的工作模式及其控制策略划分，在实际操作过程中，主要分为两种：并网运行模式、孤网运行模式。当储能系统工作在并网运行模式，即与大电网相连，储能系统一般作为 PQ 节点，因而更适宜于采用简单、操作简便的 PQ 控制策略。当储能系统以孤网模式运行时，常见控制方法分为两种：主从式控制、对等式下垂控制。主从式控制的方法是从控制器从主控制器处获得有关其电压、功率及频率等信息，然后分析并依据这些给定信息来掌握自身运行方式。对等式下垂控制是各控制器直接根据当地检测信息控制各自运行方式，该方式借鉴了电机的自同步和电压-频率下垂特性。比起主从式控制，对等式下垂控制在扩展性、稳定性、操作简易方面更具优势。

1.3PSCAD仿真软件介绍

程序是一种的被大规模用来对电力系统的实际运行情况模拟仿真分析的软件。对于电力系统的交直流问题，可以利用该软件进行分析。对于电力电子仿真等方面的问题，该软件同样有能力对其进行研究。是 EMTDC 的用户图形界面，也是与用户进行连接的接口。正因为其存在，使得用户能更加方便直接地进行仿真。PSCAD优势在于其提供了直观的图形界面，并允许用户在其上按照自己的意愿放置元件，布置接线，同时还可以对元件的参数进行修改。虽然PSCAD元件库中的元件数量众多，仍然保留了强大的自定义功能，它允许用户按照自己的想法与实际需求构建全新的元件。PSCAD自身含有FORTRAN 编译器能够在仿真时进行实时的编译连接。另外，其拥有强大的仿真功能。一方面，电路仿真运行的模拟结果以实时曲线的方式生成在 PLOT 中。这样的有优点在于用户对于仿真结果有更加直截了当地观察，更加容易的判断构建电路的准确性。不仅如此，PSCAD还保留了拍照功能。允许用户在仿真进行的过程中随时进行抓拍以方便后期对于细节的分析处理。PSCAD的仿真域有两部分组成：时间和频率。现实生活中电力系统遭受干扰或参数变化等问题的研究均是PSCAD的适用范围。用户可以利用其模拟现实生活中电气参数的变化情况以应对实际问题。另外，各种类型控制器的设计、谐波分析等方面的问题均可以先在PSCAD中进行仿真，再到实际中的生产使用。PSCAD保留了调节时间步长的功能，允许用户根据实际需求自主调节。时间步长跨度可以由毫秒至秒之间。

1.4主要研究内容

这里对电池储能系统的结构及工作原理进行重点分析，控制器结构及其设计参数，分析研究了PCS电路模型及其控制特性，并在 PSCAD 这个仿真软件上建立了 PCS 主电路模型和大容量电池储能系统控制器的仿真模型，通过对系统中不同负载的控制得出的仿真结果，来验证储能系统的控制策略是否正确实际可行。中国知网学术不端文献检测系统

2电池储能系统及其控制器主要设计参数

2.1电池储能系统的结构及其工作原理

图2-1所示的是大型的微电网结构。该系统主要包括、静态开关、负载和其他电源组成。一个电池系统在组成结构方面比较简单，只需要将一定数量的电池单体进行串并联组合即可。将两个系统进行并联组合，即可构成一个如图所示的BESS系统。此时，这两个BESS系统则成为整个系统中的子系统；一个简单的BESS子系统，其基础结构至少含有一个功率调节器以及一个电池模块；一个 PCS 模块其基础结构至少含有一个控制器以及一个三相桥式电压变换器。因此，以单个BESS子系统作为基础，对文中提出的大型BESS实现方式进行分析:将电池模块直接与PCS 直流母线进行连接。电池模块提供的交流电在 PCS经过处理实现变换。经过转换后所得的交流电仍需要经过调压器的调压过程才能够与PCC实现连接。按照如上方式，多个单个的BESS子系统进行了并行连接， 然后将其与PCC连接，这种连接方式将对 BESS 总容量的提升发挥重要作用。中国知网学术不端文献检测系统