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10.03.2025 | Original Paper

An improved SOC balancing strategy based on reduced computational burden voltage level model predictive control for modular multilevel converter-battery energy storage system

verfasst von: Zhan Liu, Quangen LI, Hua Zhou, Jiawei Fu, Daopeng Ren, Kai Zhang, Haipeng Qin

Erschienen in: Electrical Engineering

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Abstract

Der Artikel stellt eine verbesserte SOC-Ausgleichsstrategie für Modular Multilevel Converter-Battery Energy Storage Systems (MMC-BESS) basierend auf Reduced Computational Burden Voltage Level Model Predictive Control (RCBVL-MPC) vor. Diese Strategie kombiniert herkömmliche Trägerphasenverschiebung-basierte SOC-Bilanzierung mit Optimal Voltage Level Model Predictive Control (OVL-MPC), um die Rechenkomplexität zu minimieren. Die vorgeschlagene Methode verringert die Anzahl der Kontrollparameter und den Rechenaufwand erheblich, wodurch sie effizienter ist als herkömmliche Methoden. Der Artikel beschreibt die Topologie und das mathematische Modell von MMC-BESS, die RCBVL-MPC-Methode, die SOC-Ausgleichsstrategie und die Simulations- und Experimentierergebnisse. Die vorgeschlagene Methode demonstriert eine schnellere und effizientere SOC-Auswuchtung und leistet damit einen wertvollen Beitrag im Bereich Leistungselektronik und Steuerungssysteme.

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Literatur
1.
Zurück zum Zitat Perez MA, Bernet S, Rodriguez J, Kouro S, Lizana R (2015) Circuit topologies, modeling, control schemes, and applications of modular multilevel converters. IEEE Trans Power Electron 30(1):4–17CrossRef Perez MA, Bernet S, Rodriguez J, Kouro S, Lizana R (2015) Circuit topologies, modeling, control schemes, and applications of modular multilevel converters. IEEE Trans Power Electron 30(1):4–17CrossRef
2.
Zurück zum Zitat Nie Y, Liu Y, Lu D, Xie Y, Zou X, Wang H (2024) A fast and sensitive current differential protection for MMC-HVDC lines. IEEE Trans Industr Electron 71(11):14988–15000CrossRef Nie Y, Liu Y, Lu D, Xie Y, Zou X, Wang H (2024) A fast and sensitive current differential protection for MMC-HVDC lines. IEEE Trans Industr Electron 71(11):14988–15000CrossRef
3.
Zurück zum Zitat He R, Tian K, Ling Z (2023) Offline equalization control of modular multilevel converter-based battery energy storage syste. IEEE Trans Industr Electron 71(8):9003–9012CrossRefMATH He R, Tian K, Ling Z (2023) Offline equalization control of modular multilevel converter-based battery energy storage syste. IEEE Trans Industr Electron 71(8):9003–9012CrossRefMATH
4.
Zurück zum Zitat Soong T, Lehn PW (2016) Assessment of fault tolerance in modular multilevel converters with integrated energy storage. IEEE Trans Power Electron 31(6):4085–4095CrossRefMATH Soong T, Lehn PW (2016) Assessment of fault tolerance in modular multilevel converters with integrated energy storage. IEEE Trans Power Electron 31(6):4085–4095CrossRefMATH
5.
Zurück zum Zitat Quraan M, Yeo T, Tricoli P (2016) Design and control of modular multilevel converters for battery electric vehicles. IEEE Trans Power Electron 31(1):507–517CrossRefMATH Quraan M, Yeo T, Tricoli P (2016) Design and control of modular multilevel converters for battery electric vehicles. IEEE Trans Power Electron 31(1):507–517CrossRefMATH
6.
Zurück zum Zitat Vasiladiotis M, Rufer (2015) Analysis and control of modular multilevel converters with integrated battery energy storage. IEEE Trans Power Electron 30(1):163–175CrossRefMATH Vasiladiotis M, Rufer (2015) Analysis and control of modular multilevel converters with integrated battery energy storage. IEEE Trans Power Electron 30(1):163–175CrossRefMATH
7.
Zurück zum Zitat Li Z, Yang X, Tao H, Zheng TQ, You X, Kobrle P (2019) Improved modular multilevel converter with symmetrical integrated super capacitor energy storage system for electrical energy router application. IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE) 5365–5372 Li Z, Yang X, Tao H, Zheng TQ, You X, Kobrle P (2019) Improved modular multilevel converter with symmetrical integrated super capacitor energy storage system for electrical energy router application. IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE) 5365–5372
8.
Zurück zum Zitat Luo H, Xu C, Dai K, Cheng C, Huang Y, Pan (2022) Balance control of SOC for MMC-BESS with power fluctuation suppression, PCC voltage regulation, and harmonic mitigation in grid-connected wind farm. IEEE Access 10:117732–117744CrossRef Luo H, Xu C, Dai K, Cheng C, Huang Y, Pan (2022) Balance control of SOC for MMC-BESS with power fluctuation suppression, PCC voltage regulation, and harmonic mitigation in grid-connected wind farm. IEEE Access 10:117732–117744CrossRef
9.
Zurück zum Zitat Liu Z, Yang Y, Li P (2024) Improved double-vector model predictive control to reduce current THD for ANPC-5L inverters. Electr Eng 106:2285–2295CrossRefMATH Liu Z, Yang Y, Li P (2024) Improved double-vector model predictive control to reduce current THD for ANPC-5L inverters. Electr Eng 106:2285–2295CrossRefMATH
10.
Zurück zum Zitat Yin J (2021) Variable rounding level control method for modular multilevel converters. IEEE Trans Power Electron 36(4):4791–4801MathSciNetCrossRefMATH Yin J (2021) Variable rounding level control method for modular multilevel converters. IEEE Trans Power Electron 36(4):4791–4801MathSciNetCrossRefMATH
11.
Zurück zum Zitat Wang J, Liu X, Xiao Q, Zhou D, Qiu H, Tang Y (2020) Modulated model predictive control for modular multilevel converters with easy implementation and enhanced steady-state performance. IEEE Trans Power Electron 35(9):9107–9118CrossRefMATH Wang J, Liu X, Xiao Q, Zhou D, Qiu H, Tang Y (2020) Modulated model predictive control for modular multilevel converters with easy implementation and enhanced steady-state performance. IEEE Trans Power Electron 35(9):9107–9118CrossRefMATH
12.
Zurück zum Zitat Moon JW, Gwon JS, Park JW, Kang DW, Kim JM (2015) Model predictive control with a reduced number of considered states in a modular multilevel converter for HVDC system. IEEE Trans Power Delivery 30(2):608–617CrossRefMATH Moon JW, Gwon JS, Park JW, Kang DW, Kim JM (2015) Model predictive control with a reduced number of considered states in a modular multilevel converter for HVDC system. IEEE Trans Power Delivery 30(2):608–617CrossRefMATH
13.
Zurück zum Zitat Yin J, Dai N, Leon JI, Perez MA, Vazquez S, Franquelo LG (2024) Common-mode-voltage regulation of modular multilevel converters through model predictive control. IEEE Trans Power Electron 39(6):7167–7180CrossRefMATH Yin J, Dai N, Leon JI, Perez MA, Vazquez S, Franquelo LG (2024) Common-mode-voltage regulation of modular multilevel converters through model predictive control. IEEE Trans Power Electron 39(6):7167–7180CrossRefMATH
14.
Zurück zum Zitat Wang J, Liu X, Xiao Q, Zhou D, Qiu H, Tang Y (2020) Modulated model predictive control for modular multilevel converters with easy implementation and enhanced steady-state performance. IEEE Trans Power Electron 35(9):9107–9118CrossRefMATH Wang J, Liu X, Xiao Q, Zhou D, Qiu H, Tang Y (2020) Modulated model predictive control for modular multilevel converters with easy implementation and enhanced steady-state performance. IEEE Trans Power Electron 35(9):9107–9118CrossRefMATH
15.
Zurück zum Zitat Wu W, Qiu L, Rodriguez J, Liu X, Ma J, Fang (2023) Data-driven finite control-set model predictive control for modular multilevel converter. IEEE J Emerg Sel Topics Power Electron 11(1):523–531CrossRefMATH Wu W, Qiu L, Rodriguez J, Liu X, Ma J, Fang (2023) Data-driven finite control-set model predictive control for modular multilevel converter. IEEE J Emerg Sel Topics Power Electron 11(1):523–531CrossRefMATH
16.
Zurück zum Zitat Chai N, Tian W, Gao X, Rodríguez J, Heldwein ML, Kennel R (2022) Three-phase model-based predictive control methods with reduced calculation burden for modular multilevel converter. IEEE J Emerg Sel Topics Power Electron 10(6):7037–7048CrossRef Chai N, Tian W, Gao X, Rodríguez J, Heldwein ML, Kennel R (2022) Three-phase model-based predictive control methods with reduced calculation burden for modular multilevel converter. IEEE J Emerg Sel Topics Power Electron 10(6):7037–7048CrossRef
17.
Zurück zum Zitat Tang C, Thiringer T (2024) A model predictive control method with adaptive weighting factors for enhancing performance of modular multilevel converters. IEEE J Emerg Sel Topics Power Electron 12(4):3887–3899CrossRefMATH Tang C, Thiringer T (2024) A model predictive control method with adaptive weighting factors for enhancing performance of modular multilevel converters. IEEE J Emerg Sel Topics Power Electron 12(4):3887–3899CrossRefMATH
Metadaten
Titel
An improved SOC balancing strategy based on reduced computational burden voltage level model predictive control for modular multilevel converter-battery energy storage system
verfasst von
Zhan Liu
Quangen LI
Hua Zhou
Jiawei Fu
Daopeng Ren
Kai Zhang
Haipeng Qin
Publikationsdatum
10.03.2025
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Erschienen in
Electrical Engineering
Print ISSN: 0948-7921
Elektronische ISSN: 1432-0487
DOI
https://doi.org/10.1007/s00202-025-03029-3