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基于电池储能的组合级联式功率转换系统研究

苗青  
【摘要】:近年来,全球电力需求不断增长,传统石化资源日渐匮乏,新能源技术得到了快速发展和应用。然而,分布式电源并网给电力系统的稳定性和可控性带来了极大的挑战。电池储能系统为解决这一问题提供了新的技术和手段。作为电池储能系统的重要组成部分,功率转换系统将成为研究的重点。 本文依托北京市科技计划项目“光伏并网用统一功率控制装备及直流微网技术研究与示范应用(D131104002013003)”,对基于电池储能的组合级联式功率转换系统进行了理论和仿真研究,主要内容如下: 首先,提出了一种组合级联式功率转换系统的拓扑结构,该系统主要由储能电池组、隔离型半桥DC/DC变换器和链式DC/AC变换器组合而成。分析了这两类变换器的基本工作原理、控制方式和功率传输特性。结合实验室低压物理模型的开发,选取了功率转换系统主电路的拓扑结构及主要参数。 其次,设计了功率转换系统的协调控制策略:为确保功率的动态平衡,实现直流侧电容电压的恒定,DC/DC侧采用移相控制和占空比控制;为了满足系统功率传递的目标,DC/AC侧采用直接电流解耦控制;为提高装置的响应速度和改善直流侧电容电压的品质,提出了DC/DC和DC/AC的协调控制策略,将电网侧的实时功率指令前馈给DC/DC侧。在PSCAD/EMTDC环境下建立了基于锂电池储能的组合级联式功率转换系统模型,应用所提出的一整套协调控制策略,对装置的正常调节工况、电池组额定参数和荷电状态不同等工况进行了仿真,验证了控制策略的有效性。结果表明:该装置在所提出的协调控制策略下具有较宽的电压匹配能力,电池状态适应能力强,且控制的响应速度较快,能实现大容量储能和双向功率调节。 最后,为了应对链式电池储能系统中的SOC不均衡问题,研究了基于调制波幅值微调的SOC自均衡控制策略,对电池组荷电状态不均衡的情况进行仿真,验证了该控制策略的有效性。此外,分别对载波移相SPWM控制和SOC自均衡控制进行了谐波分析。结果表明:采用基于调制波幅值微调的SOC自均衡控制策略,能够合理分配各电池组承担的功率调节量,使SOC趋于一致,提高了整个功率转换系统的容量和可用率,但是由于改变了调制波幅值,会对输出电压的谐波性能造成一定影响。


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