多能源储能系统构建理论、控制和设计方法

China is a disaster-prone country, the disasters can bring great loss to nuclear power and major project. Power storage system can provide sustainably stable power to key department such as nuclear power station, major project, communication service, disaster relief as well as national defense. Energy storage system can also restrain the intermittent power fluctuations of renewable energy, promote the application of wind power and photovoltaic power, etc. Multi-source energy storage system can exert the characteristics of different energy storage element respectively, overcome the drawback of single source energy storage system, have the energy system optimized in economy, reliability and function. The project will carry out studies on constructor theory, control and design method of multi-source energy storage system. The project will make breakthroughs in key area as power electronic structure and its design method, including the circuit plan of multi-source energy storage system, energy configuration and access method; obtain the circuit design method of multi-source energy storage system. We will obtain the energy configuration of multi-source energy storage system, disclose the correlation of the different storage element characteristics, construct multi-source energy storage system structure and gain multi-source collaborative control method. We will also obtain the fault-tolerant design method of multi-source energy storage system, including fast fault diagnose technology and fault-tolerant control method. The project will provide the theory support to the engineering application of multi-source energy storage system in result.

我国属灾害频发国家，灾害可对核电、重大工程造成巨大损失，储能系统能够为核电站、重大工程、通信、抢灾救灾、国防等要害部门提供持续可靠的电能。储能系统也可以平抑再生能源的间隙性波动问题，促进风电、光电等新能源应用。多能源储能系统可以发挥不同储能元件的各自的特性，克服单一储能系统存在的缺陷，实现储能系统在经济性、可靠性、功能性等方面的优化。本项目将开展多能源储能系统构建理论、控制和设计方法的研究。重点突破多能源储能系统的电力电子功率变换架构和设计方法，包括多能源储能系统的电路方案、储能配置方式和接入方式，掌握多能源储能系统的电力电子电路设计方法。掌握多能源储能系统的能量管理方案，揭示不同储能元件特性的相关性，构建多能源储能系统控制构架，获得多能源协同控制方案.掌握多能源储能系统容错设计方法，包括多能源储能系统的快速故障诊断技术和容错控制技术。预期成果将为多能源储能系统的工程化实践提供理论支持.

我国属灾害频发国家，多能源储能系统能够为网络与通讯、精密制造、核电站、国防等重大工程提供持续可靠的电能。本项目开展了多能源储能系统的构建理论、控制和设计方法的研究。取得以下研究成果：.提出了多能源储能系统架构的演绎方法，包括多能源储能系统架构的抽象模型、系统架构演绎方法和综合评估方法。提出了基于计算机的架构自动寻优算法，自动生成架构并能够自动进行筛选。以面向重大工程的多能源供电电源系统应用为例，设计并研制一种多能源储能系统。.针对多储能单元的接入问题，提出了适应多能源特性和负载特性的能量管理方案，包括燃料电池的能量管理方案、燃气发电机的冷启动方案、超级电容和电池能量管理方案等。提出了多种功率变换软开关电路拓扑、调制和控制方法，显著提升了功率变换器效率、功率密度和动态性能。基于模块化设计思想，研制功率变换标准化积木，显著提升了储能系统可靠性、可制造性、可扩展性。.根据不同能源的特点，并基于对多能源储能系统的经济性和可靠性分析，提出了多能源储能系统的多种能源协同控制方案。制定了多能源供电优先级并设计了多能源协同方案。探索了基于等效阻抗不等式组和基于阻抗分子分母式的两种稳定性分析方法。.提出了元件、电路、系统三个方面的容错方案。针对元件级的故障，提出了功率变换器中元件故障的自动诊断方法；针对电路级故障，提出了并联逆变器的容错设计方法；关于系统级容错，提出了一种分层容错运行控制策略，提升了系统应对不同故障类型的容错运行能力。在多能源储能系统容错方面，提出了基于固态断路器的多能源单元故障切除方案，利用故障电流方向性特性实现保护的选择性，防止了故障的扩大，保证了系统的供电连续性。.研制了包括30 kW燃料电池、30kW/40 kWh锂离子电池、30kW/400 kJ超级电容等的多能源储能系统试验平台，验证了所提出的多能源储能系统的构建理论、控制和设计方法的正确性和可行性。成果已经在国内建成重大工程多能源应急电源示范系统中获得应用。