邱健蓄电池基于双向Vienna整流器的并网Battery Energy Storage System能量管理的自适应控制策略

电池储能体系(BESS) 关于供给频率调理、电压支撑和能量套利等要害电网服务至关重要。先进的操控与优化算法关于满意运转需求一起坚持……而言必不可少。电池 寿数。尽管取得了明显发展，但因为数据透明度低，对BESS使用的深化了解依然有限。本文提出了一种用于选用双向Vienna整流器的并网电池储能体系（BESS）的新型自适应操控战略。与现有办法不同，我们的战略专门设计用于办理电网与BESS之间的功率流，经过处理体系的非线性和不确定性来增强电网稳定性和动力功率。实时自适应观测器用于情况荷电量（SOC）估量的集成使本研讨锋芒毕露，因为它补偿了由电池老化和温度改变引起的差错。仿真结果标明，在电网稳定性、能量办理和电池寿数方面均有明显改善。详细而言，该操控战略使频率偏差削减了15%，动力功率进步了6.71%，电池寿数延长了8%。这些奉献为优化BESS使用供给了新的视角，推动了现代电网中储能的技能和运转结构的发展。

导言

电池储能体系（BESSs）在现代电力体系中日益重要，用于处理电力供需之间的时刻性失衡问题。这些体系现在包含分布式和间歇性电源，如光伏（PV）和风能，以及双向组件，如电动汽车（EVs）[1]，[2]。BESS使用使用电池完成多种功能，包含频率调理、电压支撑、黑发动才能和可再生动力滑润[3]，[4]。
多项研讨聚集于EMS结构内BESS的优化。例如，[5]、[6]探讨了旨在进步动力功率的操控战略，而[7]、[8]、[9]强调了SOC估量在电池健康办理中的重要性。此外，[10]、[11]探索了Vienna整流器在提高并网BESS能量转化功率方面的作用。
荷电情况（SOC）估量关于有用办理电池储能体系（BESS）至关重要。但是，因为电池老化和温度改变等要素的影响，准确的SOC估量变得十分复杂，这两者都会跟着时刻的推移下降传统办法的准确性。电池老化会改变内阻和容量等内部参数，导致SOC计算呈现偏差[12]。相同，温度改变会影响电池的电化学行为，进一步添加了实时SOC监测的难度[13]。例如，老化会导致内阻添加，这可能在充电循环期间引起SOC高估，而温度改变则会导致放电率呈现明显动摇。
传统的SOC预算技能，如Coulomb counting和open-circuit voltage (OCV)办法，尽管简略，但跟着时刻的推移简单发生累积差错，且无法很好地适应不断改变的电池情况。近期的研讨发展集中于经过model-based approaches（如Kalman filters和extended Kalman filters (EKF)）来进步准确性，这些办法可以处理体系中的非线性问题[14]。但是，即使是这些先进的办法，在电池长时间老化和明显温度改变的情况下也难以坚持准确性，然后约束了它们在实时BESS办理中的有用性[15]。
尽管在与电网体系集成的BESS操控战略开发方面取得了明显发展，但现有办法既有优势也有局限性。这些研讨的优势包含可以保证电网稳定性和有用能量办理的鲁棒操控机制，特别是在正常运转条件下[16]。例如，传统的线性操控器在办理功率流方面具有简略性和可靠性。但是，当面对体系非线性、电网条件的快速改变或电池老化的影响时，这些办法往往力有不逮[17]。此外，大多数办法未考虑实时SOC估量或电池的长时间健康情况，约束了其优化电池寿数的才能[18]。这种适应性的缺少可能导致在动态电网条件下功能欠佳，而本文旨在填补这一空白。
为了满意下一代电力体系的需求和新兴的商业机会，BESS使用的快速扩张凸显了对其技能与经济整合的需求。因而，优化BESS的使用与整合关于提高这些项目的功能至关重要[19]。尽管已有这些奉献，但在处理体系非线性和实时SOC估量方面仍存在空白，而我们的研讨旨在填补这一空白。
针对这些局限性，本研讨引进了一种用于SOC估量的实时自适应观测器，该观测器可以动态补偿由电池老化和温度改变一起引起的差错。经过实时继续调整电池内部参数，我们的办法保证了在电池整个运转寿数期间完成更可靠的SOC估量。这代表了对传统办法的明显改善，特别是关于需要在动态电网环境中坚持高精度的使用场景[20]。
电压源变换器（VSCs），无论是在沟通-直流仍是直流-沟通配置中，在包含分布式发电和储能体系[21]、[22]在内的各个领域都取得了广泛使用。这些并网变换器，特别是布置在可再生动力体系中的那些，可以完成高效的电力传输以及与现有电力基础设施的无缝集成，一起增强电网稳定性[23]、[24]。此外，一些并网变换器还集成了电池等储能体系，这在缓解电网动摇和供给要害支撑服务方面发挥着至关重要的作用[25]、[26]。
维也纳整流器凭借其三电平电压和更少的开关元件，具有下降开关损耗和简化操控机制等诸多优势。双向维也纳整流器尤为杰出，可以供给包含电压调理和无功补偿在内的多种电网服务，并具有应对电网动摇至关重要的快速呼应才能。近期的研讨还标明，维也纳整流器在进步并网BESS能量转化功率方面具有潜力[27]，[28]。但是，仍需展开更多研讨以处理将其整合到自适应操控战略中的问题。
与许多以往的研讨不同，所提出的操控战略的主要方针是办理电网与电池储能体系（BESS）[29]之间的功率流。在正常条件下，功率从电网流向BESS，而在呈现电网扰动时则反向活动。该办法旨在有用提高电网的稳定性和可靠性[30]。
维也纳整流器因其杰出的特性而取得认可，包含高功率因数、低总谐波失真（THD）和高功率，尤其是在空间矢量脉宽调制（SVPWM）[31], [32]下运转时。该技能可以供给更高的功率输出，一起削减电磁噪声。在他们的对比研讨中，[33]发现SVPWM在各种脉宽调制（PWM）技能中表现出最低的THD，标明其在下降失真和提高电能质量方面具有优越性。另一项研讨总述了不同的SVPWM办法及其在多电平逆变器中的使用[34]，得出结论以为SVPWM是最小化谐波失真和改善输出电能质量最有用的办法。
许多研讨聚集于与电网体系集成的BESS操控战略的开发与优化。以往的作业主要处理了在不同运转条件下保证高效功率流和保持电网稳定性的挑战。例如，传统的操控办法选用线性操控器来办理BESS中的功率流，这些办法尽管有用，但往往难以应对体系的非线性和电网条件的快速改变[35]。最近的发展引进了非线性操控战略和自适应观测器，以进步BESS操控体系的准确性和呼应速度[36]。此外，关于双向转化器（如Vienna整流器）的研讨标明，它们在供给高功率功率转化以及在并网使用中完成鲁棒功能方面具有潜力[37]。这些研讨为开发更先进的操控技能奠定了基础，这些技能可以有用地将BESS与现代电网集成，一起处理技能和经济方面的挑战。
尽管已有很多研讨聚集于带有BESS的能量办理体系，但本研讨引进了一种选用双向Vienna整流器的新型自适应操控战略，该战略增强了针对体系非线性和不确定性的鲁棒性。此外，集成了一个考虑电池老化和温度改变的实时自适应观测器用于battery state-of-charge（SOC）估量，这代表了该领域的一项重大发展。
本文要点经过引进一种自适应操控战略来填补这些空白，该战略专门设计用于处理并网BESS中的体系非线性和不确定性。双向Vienna整流器的集成，以及用于SOC估量的实时自适应观测器，经过补偿电池老化和温度改变，供给了优于传统办法的明显优势。这些改善提高了能量办理功率、电网稳定性和电池寿数。因而，所提出的办法不仅基于现有研讨的优势，还克服了以往研讨所发现的局限性。
这项作业的奉献是多方面的：

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  选用特定的双向Vienna变换器拓扑结构，可以完成充电形式下从AC网到BESS的功率流操控，以及放电形式下从BESS到AC网的功率流操控。
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  延长电池寿数并进步功率：该体系旨在优化能量转化和存储功率。一个非线性电池充放电操控器调理供给电池和负载的电流，保证最佳充电功能。
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  自适应能量办理：该战略保证对实时情况的呼应才能，在最大化使用可用能量的一起保护电池健康。