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图1 微电网的结构示意图
图2和图3分别给出了SMES和BESS的拓扑结构。各储能装置的变流器均采用传统电压源型变流器(voltage source converter,VSC)的拓扑结构。
图2 SMES变流器的拓扑结构
图3 BESS变流器的拓扑结构
2 HESS的PCH模型
PCH模型的建立是ES控制设计的基础,所以本节中将重点分析SMES和BESS储能变流器的PCH模型建立过程。考虑实际系统的耗散性,PCH的一般性模型可以写为
2.1 SMES的PCH模型
由于2个无源系统级联仍然是无源系统,所以本节将SMES储能变流器分为交流侧VSC和直流侧斩波器两部分进行PCH建模。
2.1.1 SMES交流侧的PCH模型
SMES交流侧VSC在dq坐标系下的数学模型可以表示为
需要注意的是,内外部端口互联矩阵中包含了关于Sd、Sq的开关函数,符合实际系统与外界能量交互是取决于开关管开断的客观事实。
2.1.2 SMES直流侧的PCH模型
通过引入斩波器开关管S1、S2的占空比D,可以得到斩波器的数学模型为
2.2 BESS的PCH模型
BESS储能变流器在dq坐标系下的数学模型可以表示为
式中:Eg表示蓄电池端电压;Rb表示蓄电池的内阻值;L1、R1分别表示BESS交流侧的滤波电感值及其直流电阻值;C1表示BESS直流侧的电容值;Udc1表示BESS直流侧的电容电压;ib表示流经蓄电池的电流;iD、iQ表示BESS储能变流器在交流侧d、q轴上的电流;SD、SQ表示BESS储能变流器在d、q轴上的开关函数。
设定BESS的能量函数为
BESS储能变流器的开关函数SD、SQ存在于内部结构矩阵中,而并非通过输入变量进行控制,说明BESS内部的能量转换结构会根据开关函数的变化而变化。
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