微電網(wǎng)含非線性與不平衡負(fù)荷時(shí)的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)功率分配策略研究

郁家麟 ，肖龍海 ，胡 舟 ，趙玉勇 ，謝曄源 ，段 軍

（1.國(guó)網(wǎng)浙江海寧市供電有限公司，海寧 314400；2.南京南瑞繼保電氣有限公司，南京 211102）

隨著人們對(duì)環(huán)境和能源的日益關(guān)注，更多可再生能源，如光伏、風(fēng)力和微型燃?xì)廨啓C(jī)，以分布式發(fā)電DG（distributed generation）的形式接入電網(wǎng)，并以電力電子變流器作為并網(wǎng)接口。為了有效管理多種不同類(lèi)型的DG單元，微電網(wǎng)成為一種有效途徑[1-2]。微電網(wǎng)協(xié)調(diào)內(nèi)部DG機(jī)組，并將其整合為1個(gè)可控單元，通過(guò)公共耦合點(diǎn)PCC（point of common coupling）與電網(wǎng)相連。微電網(wǎng)可以工作在并網(wǎng)模式或孤島模式，從而提高用戶(hù)的供電可靠性。但是，隨著DG滲透率的增加，由于新能源功率的波動(dòng)性和隨機(jī)性，會(huì)影響電網(wǎng)穩(wěn)定和電能質(zhì)量[3]。

通常，引入儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)抵償新能源的功率波動(dòng)，可以保障配電網(wǎng)穩(wěn)定[4]。使用儲(chǔ)能系統(tǒng)需要考慮諸如容許帶寬、最大功率、最大梯度以及循環(huán)次數(shù)等約束條件，如不遵守，可能導(dǎo)致儲(chǔ)能元器件壽命的急劇縮短，在某些情況下，甚至造成損壞[5-6]。將不同類(lèi)型的儲(chǔ)能單元相結(jié)合，構(gòu)成混合儲(chǔ)能系統(tǒng)HESS（hybrid energy storage system）可有效提高儲(chǔ)能壽命，同時(shí)提高整個(gè)系統(tǒng)的比能和功率。典型的案例如鋰電池/超電容器HESS，它利用了電池的高能量密度和超電容器的高功率密度[7]，其中，電池單元用于提供HESS所需輸出功率的低頻分量，而超級(jí)電容用于提供高頻分量。

目前，HESS的研究主要集中在能量管理、容量配置和功率分配等方面。其中，能量管理的主要工作是根據(jù)新能源和負(fù)荷預(yù)測(cè)來(lái)合理安排HESS的充、放電時(shí)間和功率，以平滑新能源的功率波動(dòng)，增加儲(chǔ)能的壽命，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化調(diào)度[8-10]。能量管理不涉及HESS在微觀時(shí)間尺度上的具體運(yùn)行，因此，諸如超級(jí)電容或其它能量密度較小的HESS研究更多關(guān)注實(shí)時(shí)功率的分配。無(wú)論是在交流微網(wǎng)還是直流微網(wǎng)，功率分配目標(biāo)都一致，即通過(guò)動(dòng)態(tài)分解HESS功率需求，協(xié)調(diào)電池與超電容器的功率輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的保護(hù)[11]。

電池與超級(jí)電容器之間的功率分配是HESS研究的關(guān)鍵問(wèn)題。在文獻(xiàn)[12-14]中，HESS的功率通過(guò)低通濾波器LPF（low pass filter）分解為高頻分量和低頻分量，然而，LPF中的相位滯后會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性；文獻(xiàn)[15-16]引入滑動(dòng)平均濾波器來(lái)分離HESS的平均功率和波動(dòng)功率；文獻(xiàn)[17]提出了一種基于能量管理策略的自適應(yīng)模糊邏輯功率分配方法；文獻(xiàn)[18-19]將滑?？刂萍夹g(shù)引入到HESS控制之中，但該控制算法設(shè)計(jì)復(fù)雜；文獻(xiàn)[20]采用一種分布式頻率協(xié)調(diào)的虛擬阻抗技術(shù)來(lái)解決功率的動(dòng)態(tài)分配問(wèn)題，但是比例控制器與HPF相結(jié)合用于超級(jí)電容控制，會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)態(tài)泄漏電流失控；文獻(xiàn)[21]基于虛擬電阻和虛擬電容控制器，提出了一種擴(kuò)展下垂控制方法，實(shí)現(xiàn)了電池和超級(jí)電容動(dòng)態(tài)功率分配；類(lèi)似的技術(shù)也在文獻(xiàn)[22-23]中出現(xiàn)，但該技術(shù)僅適用于直流微電網(wǎng)；在前者基礎(chǔ)上，文獻(xiàn)[24]提出了一種基于逆變器的虛擬阻抗法，實(shí)現(xiàn)了交流微電網(wǎng)中電池與超級(jí)電容的動(dòng)態(tài)功率分配。

基于上述研究可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于HESS的功率分配問(wèn)題，大多數(shù)研究都將功率分解為高、低頻分量。這對(duì)直流微電網(wǎng)是可行的，但對(duì)交流微電網(wǎng)，其功率構(gòu)成更為復(fù)雜。例如，基波功率可分為有功功率和無(wú)功功率；當(dāng)微電網(wǎng)含不平衡和非線性負(fù)載時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)負(fù)序功率和諧波功率。然而，上述功率分配研究只考慮了基波有功功率的高、低頻分解。針對(duì)該問(wèn)題，本文提出了一種在不平衡和非線性負(fù)載環(huán)境中適用的HESS功率分配策略。該策略以雙功率變換器PCS（power conversion system）結(jié)構(gòu)的HESS為應(yīng)用對(duì)象，包括電池功率變換器BAT-PCS和超電容器功率變換器UC-PCS。BAT-PCS作為主能量單元，采用下垂模式工作，保證HESS根據(jù)上層指令輸出給定有功功率；UC-PCS作為輔助單元，以補(bǔ)償模式工作，輸出無(wú)功、負(fù)序和諧波功率。在負(fù)載或新能源發(fā)電功率變化過(guò)程中，UC-PCS將額外提供高頻有功功率，以彌補(bǔ)BAT-PCS的功率密度不足的缺陷。相比傳統(tǒng)HESS功率分配策略，本策略對(duì)不平衡和非線性負(fù)載等因素加以考慮，仿真和實(shí)驗(yàn)證明，在諧波環(huán)境中，該策略能更有效地保護(hù)電池，延長(zhǎng)HESS的壽命。

1 微電網(wǎng)中的HESS應(yīng)用

1.1 微電網(wǎng)概述

圖1展示了由新能源和儲(chǔ)能DG單元構(gòu)成的交流微電網(wǎng)。這些DG單元可以連接到網(wǎng)絡(luò)的任何節(jié)點(diǎn)。通過(guò)控制PCC上的靜態(tài)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，微電網(wǎng)可以運(yùn)行在并網(wǎng)模式或孤島模式。

在并網(wǎng)模式中，微電網(wǎng)的電壓由主網(wǎng)支撐，凈功率由主網(wǎng)負(fù)責(zé)平衡；而在孤島模式中，電壓支撐和功率平衡等問(wèn)題均需由儲(chǔ)能系統(tǒng)解決。本文重點(diǎn)討論孤島情況下，HESS的功率分配問(wèn)題。當(dāng)微電網(wǎng)中僅包含三相平衡負(fù)載，根據(jù)新能源和負(fù)荷的凈功率可以決定BAT-PCS的有功功率輸出，當(dāng)凈功率變化時(shí)，UC-PCS提供突變功率的高頻分量，使得BAT-PCS緩慢調(diào)整自身的輸出功率，保障電池不工作在大電流充、放電狀態(tài)；然而，當(dāng)存在不平衡或非線性負(fù)載時(shí)，BAT-PCS將輸出負(fù)序和諧波功率，影響PCS直流側(cè)電壓平穩(wěn)與交流側(cè)輸出電壓質(zhì)量，進(jìn)一步影響網(wǎng)內(nèi)負(fù)載正常運(yùn)行。因此，有必要考慮微網(wǎng)含不平衡及非線性負(fù)載的情況。

1.2 混合儲(chǔ)能在微網(wǎng)中的常見(jiàn)結(jié)構(gòu)

圖2為微電網(wǎng)中常見(jiàn)的HESS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。其中前3種在直流側(cè)整合儲(chǔ)能單元，注重在直流母線上進(jìn)行功率分配。考慮后續(xù)對(duì)交流側(cè)功率均分和電能質(zhì)量問(wèn)題的研究，本文以圖2（d）所示的雙逆變器結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象。

圖1給出了本文所研究HESS的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，可以看作是1個(gè)由BAT-PCS和UC-PCS組成的并聯(lián)系統(tǒng)。將BAT-PCS作為傳統(tǒng)的DG單元，利用UCPCS為BAT-PCS提供暫態(tài)的高頻有功功率；同時(shí)提供暫穩(wěn)態(tài)時(shí)的無(wú)功、負(fù)序和諧波功率，以提高系統(tǒng)的電能質(zhì)量。HESS的主電路如圖3所示，BATPCS和UC-PCS有各自獨(dú)立的控制芯片?？刂七^(guò)程中，BAT-PCS的頻率信息通過(guò)本地通信共享給UCPCS，以便實(shí)現(xiàn)快速跟蹤。2個(gè)PCS具有相似的結(jié)構(gòu)：前級(jí)均為雙向Buck-Boost變換器，后級(jí)均為三相半橋逆變器。在放電狀態(tài)下，能量從前級(jí)流向后級(jí)，雙向Buck-Boost變換器以升壓方式工作；在充電狀態(tài)下，能量從后級(jí)流向前級(jí)，雙向Buck-Boost變換器以降壓方式工作。

1.3 混合儲(chǔ)能功率分配策略設(shè)計(jì)

本文所提HESS功率分配策略中，BAT-PCS將承擔(dān)基波有功功率，UC-PCS則承擔(dān)基波無(wú)功、負(fù)序以及諧波功率等，設(shè)計(jì)理由如下。

（1）兩者的職能差異：BAT-PCS是微電網(wǎng)主單元，提供能量支撐，應(yīng)保持其工況穩(wěn)定，若輸出功率包含負(fù)序或諧波分量，會(huì)影響PCS電壓質(zhì)量，進(jìn)而影響整個(gè)微電網(wǎng)的工作；而UC-PCS是輔助單元，傳統(tǒng)策略中，承擔(dān)HESS功率中的高頻分量，在本策略中，額外承擔(dān)了同為輔助單元的有源電力濾波器的職能。

（2）BAT-PCS 的容量：BAT-PCS 是微電網(wǎng)能量支撐的主要單元，PCS的容量單位為kVA，由有功功率和無(wú)功功率構(gòu)成，工作時(shí)，應(yīng)盡可能提高PCS有功容量的利用率，降低成本。若BAT-PCS輸出包含負(fù)序或諧波功率，則其有功功率輸出能力會(huì)下降。

（3）多臺(tái) HESS并聯(lián)運(yùn)行：在 HESS中，BAT-PCS處于下垂控制模式，多臺(tái)HESS能夠并聯(lián)組網(wǎng)運(yùn)行。傳統(tǒng)下垂控制雖然可以實(shí)現(xiàn)有功功率均分，但無(wú)法實(shí)現(xiàn)無(wú)功、負(fù)序以及諧波功率的準(zhǔn)確均分，且?guī)Р黄胶饣蚍蔷€性負(fù)載組網(wǎng)時(shí)工況惡劣。當(dāng)BATPCS只輸出有功功率時(shí)，將方便多臺(tái)HESS組網(wǎng)。

2 所提HESS控制協(xié)調(diào)策略

2.1 BAT-PCS控制策略

將下垂控制方法應(yīng)用于BAT-PCS，可實(shí)現(xiàn)并、離網(wǎng)模式的無(wú)縫切換，如圖4所示，BAT-PCS只使用了傳統(tǒng)的下垂控制方法。當(dāng)有功、無(wú)功下垂系數(shù)Dp和Dq為0時(shí)，BAT-PCS將進(jìn)入VF模式，輸出電壓幅值頻率恒定；在Dp和Dq中加入積分控制器后，BAT-PCS將進(jìn)入PQ模式，輸出指定的有功功率和無(wú)功功率。不考慮UC-PCS，微電網(wǎng)中的凈功率將由BAT-PCS平衡。當(dāng)系統(tǒng)包含不平衡和非線性負(fù)載時(shí)，凈功率中會(huì)含有負(fù)序和諧波成分，影響B(tài)AT-PCS工作，為了保障微電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，UC-PCS將負(fù)責(zé)補(bǔ)償負(fù)序及諧波功率?？梢钥闯?，HESS總電流ihess實(shí)際上是引入U(xiǎn)C-PCS之前BAT-PCS的電流io_bat，而現(xiàn)在由io_bat和io_uc兩者組成。 根據(jù)電池和超級(jí)電容各自的特點(diǎn)，2臺(tái)PCS分別負(fù)責(zé)輸出不同的功率。

假設(shè)HESS的電壓和電流表達(dá)式分別為

當(dāng)n=6k-1時(shí)，諧波電流僅含負(fù)序分量，即

當(dāng)n=6k+1時(shí)，諧波電流僅含正序分量，即

式中：Uhess為HESS系統(tǒng)的輸出電壓幅值；與分別為基波電流的正、負(fù)分量幅值；與分別為第n次諧波電流的正、負(fù)分量幅值。典型次諧波包括5、7、11和13次諧波，BAT-PCS與 UC-PCS各自需要承擔(dān)的電流分量如表1所示。

表1 BAT-PCS與UC-PCS電流分量Tab.1 Current components of BAT-PCS and UC-PCS

下面就UC-PCS的電流檢測(cè)及諧波電流跟蹤展開(kāi)討論。

2.2 UC-PCS控制策略

根據(jù)負(fù)載的類(lèi)型，HESS輸出電流可能包含基波正、負(fù)序分量和諧波分量，而由于UC-PCS的補(bǔ)償作用，BAT-PCS只輸出基波有功電流。UC-PCS檢測(cè)HESS的輸出電流，并提取所需補(bǔ)償?shù)碾娏鞣至縼?lái)構(gòu)成其參考，功能類(lèi)似于有源電力濾波器，但可以在HESS功率陡變時(shí)提供高頻有功功率。

本文利用文獻(xiàn)[25]所提的二階廣義積分器SOGI（second-order generalized integrator），實(shí)現(xiàn)基波電流與諧波電流的分離，如圖5所示。首先，3相電流變換到αβ兩相坐標(biāo)系；然后，通過(guò)SOGI模塊的濾波功能提取特定次諧波電流；最后，將所得各次電流送入正、負(fù)序計(jì)算PNSC（positive-negative sequence calculation）模塊，進(jìn)一步分離正、負(fù)序分量。

其中，PNSC的計(jì)算方法為

式中，q=e-j（π/2）為 1 個(gè)滯后 90°的移相運(yùn)算，以獲得1個(gè)輸入波形的積分值。在被檢測(cè)到的電流中，除了基波有功電流外，其他電流分量將相加合成為UC-PCS的電流參考。對(duì)于典型的三相不控整流橋負(fù)載，5次諧波正序和7次諧波負(fù)序分量為0。

完整的UC-PCS控制策略如圖6所示。如前文所述，UC-PCS的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系與BAT-PCS保持同步，共享頻率信息。與普通的有源電力濾波器相比，UC-PCS不經(jīng)軟鎖相環(huán)，可以實(shí)現(xiàn)更實(shí)時(shí)、更準(zhǔn)確地諧波檢測(cè)。

放電模式下，UC-PCS直流側(cè)電壓Udc_uc由雙向Buck-Boost變換器支撐；充電模式下，為保持Udc_uc恒定，采用直流側(cè)電壓外環(huán)控制，為電流內(nèi)環(huán)生成有功電流參考 ip（abc）。 為更好地跟蹤補(bǔ)償電流參考 ic（abc），電流內(nèi)環(huán)采用比例諧振PR（proportional-resonant）控制器，其控制表達(dá)式為

式中：kih為電流環(huán)內(nèi)部諧振控制器的增益；ωb為諧振控制器帶寬；KP為比例增益；ω*為角頻率，由BAT-PCS提供。

采用本文所提電流補(bǔ)償方法，UC-PCS可輸出HESS外部電網(wǎng)需要的基波正序無(wú)功電流、基波負(fù)序電流以及各次諧波電流。而B(niǎo)AT-PCS只需輸出基波正序有功電流。由于BAT-PCS電流中不存在負(fù)序分量和諧波分量，故可輸出理想對(duì)稱(chēng)的正弦電壓。簡(jiǎn)而言之，在UC-PCS的輔助作用下，BATPCS得以工況良好、運(yùn)行穩(wěn)定，進(jìn)而提高微電網(wǎng)的電壓質(zhì)量。

3 PR控制器設(shè)計(jì)

根據(jù)圖6所示的控制策略，圖7給出了采用電流補(bǔ)償控制方法的UC-PCS在靜止坐標(biāo)系下的s域模型。圖中，Lf、Cf分別為L(zhǎng)C濾波器的電感和電容；Lo為變流器輸出側(cè)并網(wǎng)電感；GH（s）為諧波檢測(cè)塊傳遞函數(shù)；Gi（s）為電流 PR 控制器傳遞函數(shù)；KPWM=0.5 Udc_uc為逆變器PWM的增益；Gd（s）為1個(gè)采樣周期的計(jì)算延遲，可以表示為

式中，Td為電流采樣周期。

電流控制器的設(shè)計(jì)基于動(dòng)態(tài)運(yùn)行需求，在穩(wěn)定的前提下，應(yīng)盡可能快地實(shí)現(xiàn)電流跟蹤。由圖7可知，電流控制回路的傳遞函數(shù)為

式中：Gio（s）為補(bǔ)償電流參考 ic（s）向 UC-PCS 輸出電流 io_uc（s）的傳遞函數(shù)；Guo（s）為外部電壓 uhess（s）到輸出電流的傳遞函數(shù)。通過(guò)觀察不同參數(shù)下的波德圖變化，設(shè)計(jì)PR控制器。

式中，RL和RC分別為L(zhǎng)C濾波器電感和電容的阻尼電阻。

由此，可以推導(dǎo)從 ic（s）到 io_uc（s）的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù) Gio_open（s）為

3.1 比例增益設(shè)計(jì)

圖8為KP取不同值時(shí)的電流內(nèi)環(huán)開(kāi)環(huán)波德圖，其他相關(guān)控制及電路參數(shù)見(jiàn)表2。由于采用了PR控制器，系統(tǒng)在選定的諧波頻率上具有很高的增益，提高了電流跟蹤的精度。比例增益KP的設(shè)計(jì)方法與比例控制器相同，它決定系統(tǒng)的穿越頻率。隨著KP的減小，穿越頻率降低，抗高頻干擾能力增強(qiáng)。通常，穿越頻率設(shè)計(jì)在開(kāi)關(guān)頻率的1/6到1/4之間。

當(dāng)KP=0.1時(shí)，穿越頻率約為2 kHz，但從系統(tǒng)的相頻特性可以看出，系統(tǒng)的穩(wěn)定性較差。KP的選擇需在抗高頻干擾和穩(wěn)定性之間進(jìn)行權(quán)衡，最后，在仿真系統(tǒng)中設(shè)定KP=0.3。

3.2 諧振帶寬設(shè)計(jì)

圖9展示了ωb取不同值時(shí)的電流內(nèi)環(huán)開(kāi)環(huán)波德圖。諧振控制器帶寬ωb決定了諧振峰的寬度，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)微電網(wǎng)的頻率變化范圍進(jìn)行選擇。太窄的ωb可能導(dǎo)致電網(wǎng)頻率變化時(shí)，諧振峰漂移，電流跟蹤效果減弱。仿真中，設(shè)置ωb=8。

表2 HESS仿真系統(tǒng)參數(shù)Tab.2 Simulation parameters of HESS

3.3 諧振增益設(shè)計(jì)

圖10展示了kih取不同值時(shí)的電流開(kāi)環(huán)伯德圖。通過(guò)觀察可以發(fā)現(xiàn)，高頻段的kih值不應(yīng)該太大，以防相位裕度的減小。最后，將各處諧振增益設(shè)置：k1h=20，k5h=16，k7h=16，第 11 及 13 次諧波處的諧振增益可以用類(lèi)似的方法設(shè)計(jì)。

4 仿真結(jié)果

在Matlab/Simulink中建立HESS模型，對(duì)所提功率分配策略進(jìn)行了驗(yàn)證。如圖11所示，仿真系統(tǒng)由1臺(tái)BAT-PCS、1臺(tái)UC-PCS以及若干負(fù)載組成。其中，BAT-PCS和UC-PCS的容量均為50 kVA，電池容量50 kW×1 h，超級(jí)電容容量50 kW×20 s，網(wǎng)內(nèi)最大負(fù)荷50 kVA。仿真中，HESS工作于孤島模式，可維持網(wǎng)內(nèi)最大負(fù)荷持續(xù)運(yùn)行1 h。由于仿真主要觀察HESS的工作情況，故光伏、風(fēng)力等微網(wǎng)常見(jiàn)DG單元未加入本仿真。HESS和負(fù)載的相關(guān)參數(shù)如表2所示。

4.1 仿真案例1：三相平衡負(fù)載

仿真中，HESS帶負(fù)載1工作，即三相平衡的PQ負(fù)荷。圖12為UC-PCS投入前后，HESS相應(yīng)的工作波形。

起始時(shí)刻，HESS采用傳統(tǒng)控制策略，由于穩(wěn)態(tài)時(shí)UC-PCS待機(jī)，只有較少無(wú)功電流流過(guò)LC濾波器，此時(shí)BAT-PCS輸出電流中既有有功分量，也有無(wú)功分量；在0.5 s時(shí)刻，所提HESS功率分配策略啟動(dòng)，UC-PCS開(kāi)始輸出無(wú)功電流，同時(shí)BAT-PCS中的無(wú)功電流向UC-PCS轉(zhuǎn)移，使BAT-PCS最終只輸出有功電流，有效減少其直流側(cè)的電壓脈動(dòng)。

4.2 仿真案例2：不平衡負(fù)載

將案例1中負(fù)載的C相移除，得到不平衡負(fù)載，圖13為不平衡負(fù)載條件下HESS的測(cè)試波形。

起始時(shí)刻，HESS采用傳統(tǒng)功率分配策略，由于不涉及負(fù)序功率分配，顯著的HESS負(fù)序分量由BAT-PCS承擔(dān)，而UC-PCS仍處于待機(jī)狀態(tài)，BATPCS輸出電流中包含基波正序、負(fù)序分量，此時(shí)受負(fù)序電流影響，BAT-PCS的電壓也存在負(fù)序分量，影響微網(wǎng)電壓質(zhì)量；在0.5 s時(shí)刻，所提HESS功率分配策略啟動(dòng)，UC-PCS開(kāi)始輸出基波無(wú)功電流與負(fù)序電流，此時(shí)BAT-PCS僅輸出基波正序有功電流，工作狀況良好。

4.3 仿真案例3：非線性負(fù)載

將案例1中的負(fù)載換成三相不控整流橋式電路作為非線性負(fù)載，圖14為不平衡負(fù)載條件下HESS的測(cè)試波形。與案例2類(lèi)似，起初，HESS采用傳統(tǒng)控制策略，BAT-PCS輸出基波電流與諧波電流，而UC-PCS待機(jī)，此時(shí)微網(wǎng)電壓質(zhì)量較差；隨后，所提控制策略啟動(dòng)，UC-PCS開(kāi)始補(bǔ)償無(wú)功與諧波電流。

由仿真結(jié)果可見(jiàn)，UC-PCS可有效補(bǔ)償HESS中的無(wú)功、負(fù)序以及諧波功率，使BAT-PCS僅輸出基波有功功率，保障其良好的工作狀態(tài)，同時(shí)，微電網(wǎng)的電壓質(zhì)量也得到了提高。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，搭建了由2臺(tái)逆變器構(gòu)成的測(cè)試系統(tǒng)，用逆變器1和2分別模擬BAT-PCS和UC-PCS的運(yùn)行。測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也如圖11所示，相應(yīng)的逆變器參數(shù)見(jiàn)表3。

5.1 實(shí)驗(yàn)案例1：三相平衡負(fù)載

實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，HESS采用傳統(tǒng)控制策略，此時(shí)代表BAT-PCS的逆變器1輸出電流中含有較多無(wú)功電流分量，如圖 15（a）所示；此后，UC-PCS 啟動(dòng)無(wú)功功率補(bǔ)償，由圖15（b）中電壓與電流相位可知，此時(shí)BAT-PCS電流中只包含有功分量。

5.2 實(shí)驗(yàn)案例2：不平衡負(fù)載

模擬HESS系統(tǒng)帶不平衡負(fù)載運(yùn)行結(jié)果如圖16所示。其中，圖16（a）為傳統(tǒng)功率分配策略下逆變器1的電壓與電流波形；圖16（b）為采用所提策略后的工作波形。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，通過(guò)UC-PCS的補(bǔ)償作用，BAT-PCS僅輸出基波正序有功電流，已無(wú)無(wú)負(fù)序電流分量。

表3 HESS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)參數(shù)Tab.3 Experimental parameters of HESS

5.3 實(shí)驗(yàn)案例3：非線性負(fù)載

模擬HESS系統(tǒng)帶非線性負(fù)載運(yùn)行結(jié)果如圖17所示。其中，圖17（a）為采用傳統(tǒng)策略后，逆變器1的工作波形；圖17（b）為HESS采用所提功率分配策略后逆變器1的工作波形。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，通過(guò)UC-PCS的補(bǔ)償作用，BAT-PCS中的諧波電流已被有效補(bǔ)償。

從以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，所提無(wú)功、負(fù)序及諧波功率分配策略可很好地保持BAT-PCS始終只輸出基波正序有功電流，有效保障電池的良好工況。

6 結(jié)語(yǔ)

本文基于BAT-PCS和UC-PCS構(gòu)成的HESS，提出了一種協(xié)調(diào)控制策略。與傳統(tǒng)策略相比，該策略進(jìn)一步研究了不平衡和非線性負(fù)載條件下的功率分配問(wèn)題，其優(yōu)點(diǎn)主要有：首先，由于UC-PCS的無(wú)功、負(fù)序和諧波功率補(bǔ)償作用，HESS的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能得到了提高；其次，HESS內(nèi)部BAT-PCS采用下垂控制，多臺(tái)HESS可實(shí)現(xiàn)并聯(lián)組網(wǎng)運(yùn)行；同時(shí)，HESS的雙逆變結(jié)構(gòu)有利于現(xiàn)有設(shè)備的升級(jí)改造。最終，仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所提協(xié)調(diào)策略的有效性。