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储能电站双向变流器的直接功率控制技术研究

张晓琳  
【摘要】:随着化石能源的减少以及人类对能源需求量的增加,储能技术逐渐成为各国研究的热点问题之一。蓄电池储能是目前发展相对成熟的储能技术之一,它不受地理位置的影响。本文对蓄电池充放电控制策略进行研究,并成功应用于500kVA储能电站样机中。 本文首先介绍了储能技术的国内外发展现状,分析了各种储能技术的优缺点。并针对蓄电池储能技术,列举了目前常用的几种充放电装置,大部分充放电装置具有功率因数低、网侧电流谐波高的缺点。本文中采用PWM双向变流器,通过一定的控制实现网侧电流的正弦化。 阐述了PWM双向变流器四象限运行的工作原理,根据项目的性能指标要求,选择三相六桥臂组合式变流器作为拓扑结构,对该拓扑结构分别在三相静止坐标系、αβ两相静止坐标系和dq两相旋转坐标系下建立充放电数学模型。 分析和研究了PWM双向变流器间接电流控制、直接电流控制和直接功率控制技术。在并网放电模式下,建立了基于电压定向的直接功率控制下系统的数学模型,并设计了功率环控制器参数,对电容消耗的无功功率在控制环中进行补偿,同时针对数字化大功率并网逆变器启动时存在冲击电流的问题进行了分析与研究,改进了控制策略,实现三相电流无冲击并网,并进行了仿真验证;整流充电模式下,首先采用基于三相静止坐标系下PI控制对电池进行恒压恒流充电,根据数学模型进行控制器设计,并分析了空载时存在较大无功电流的原因,随后采用dq坐标系下基于电压定向的直接功率控制对电池进行充电,分析表明直接功率控制下整流空载不会存在较大的无功电流,对两种控制方案进行仿真验证。 最后,在500kVA储能电站样机上进行相关实验研究,结果表明:并网放电模式启动瞬间不会产生冲击电流,稳定运行时可实现功率因数任意可变,网侧输出电流畸变率低;整流充电模式下,能够实现网侧功率因数为1,电流畸变率低,能够满足系统的指标要求。


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