多能源儲能系統構建理論、控制和設計方法

《多能源儲能系統構建理論、控制和設計方法》是依託浙江大學，由徐德鴻擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：多能源儲能系統構建理論、控制和設計方法
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：徐德鴻
• 項目類別：重點項目

項目摘要

我國屬災害頻發國家，災害可對核電、重大工程造成巨大損失，儲能系統能夠為核電站、重大工程、通信、搶災救災、國防等要害部門提供持續可靠的電能。儲能系統也可以平抑再生能源的間隙性波動問題，促進風電、光電等新能源套用。多能源儲能系統可以發揮不同儲能元件的各自的特性，克服單一儲能系統存在的缺陷，實現儲能系統在經濟性、可靠性、功能性等方面的最佳化。本項目將開展多能源儲能系統構建理論、控制和設計方法的研究。重點突破多能源儲能系統的電力電子功率變換架構和設計方法，包括多能源儲能系統的電路方案、儲能配置方式和接入方式，掌握多能源儲能系統的電力電子電路設計方法。掌握多能源儲能系統的能量管理方案，揭示不同儲能元件特性的相關性，構建多能源儲能系統控制構架，獲得多能源協同控制方案.掌握多能源儲能系統容錯設計方法，包括多能源儲能系統的快速故障診斷技術和容錯控制技術。預期成果將為多能源儲能系統的工程化實踐提供理論支持.

結題摘要

我國屬災害頻發國家，多能源儲能系統能夠為網路與通訊、精密製造、核電站、國防等重大工程提供持續可靠的電能。本項目開展了多能源儲能系統的構建理論、控制和設計方法的研究。取得以下研究成果： 提出了多能源儲能系統架構的演繹方法，包括多能源儲能系統架構的抽象模型、系統架構演繹方法和綜合評估方法。提出了基於計算機的架構自動尋優算法，自動生成架構並能夠自動進行篩選。以面向重大工程的多能源供電電源系統套用為例，設計並研製一種多能源儲能系統。 針對多儲能單元的接入問題，提出了適應多能源特性和負載特性的能量管理方案，包括燃料電池的能量管理方案、燃氣發電機的冷啟動方案、超級電容和電池能量管理方案等。提出了多種功率變換軟開關電路拓撲、調製和控制方法，顯著提升了功率變換器效率、功率密度和動態性能。基於模組化設計思想，研製功率變換標準化積木，顯著提升了儲能系統可靠性、可製造性、可擴展性。 根據不同能源的特點，並基於對多能源儲能系統的經濟性和可靠性分析，提出了多能源儲能系統的多種能源協同控制方案。制定了多能源供電優先權並設計了多能源協同方案。探索了基於等效阻抗不等式組和基於阻抗分子分母式的兩種穩定性分析方法。 提出了元件、電路、系統三個方面的容錯方案。針對元件級的故障，提出了功率變換器中元件故障的自動診斷方法；針對電路級故障，提出了並聯逆變器的容錯設計方法；關於系統級容錯，提出了一種分層容錯運行控制策略，提升了系統應對不同故障類型的容錯運行能力。在多能源儲能系統容錯方面，提出了基於固態斷路器的多能源單元故障切除方案，利用故障電流方向性特性實現保護的選擇性，防止了故障的擴大，保證了系統的供電連續性。 研製了包括30 kW燃料電池、30kW/40 kWh鋰離子電池、30kW/400 kJ超級電容等的多能源儲能系統試驗平台，驗證了所提出的多能源儲能系統的構建理論、控制和設計方法的正確性和可行性。成果已經在國內建成重大工程多能源應急電源示範系統中獲得套用。