一体化储能装置的设计与控制研究

发布时间：2017-04-03 22:01

  本文关键词：一体化储能装置的设计与控制研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：储能是分布式电源、微电网中十分重要的组成部分,其对于由可再生能源组成的微网的安全稳定运行起到了至关重要的作用。电池储能由于技术成熟、可靠性高,已经得到越来越多的应用,其成本会进一步降低。储能功率转换系统(Power Conversion System, PCS)是储能电池与交流电网互联的接口,是电池储能系统能量控制的核心。随着储能系统的容量规模不断扩大,相应的PCS的结构和拓扑需要重新调整和匹配。随着电池组的电压等级提高,三电平高压储能系统也是一种有效的拓扑形式,并体现了一定的价值。一体化储能系统的构建能够增加储能电池、电池管理系统以及储能变流器之间的关联,使系统整体性能达到最优。首先,针对两种三电平拓扑电路效率的不同,进行了效率分析,确定了具有更高效率的一体化储能装置的方案。研究了NPC储能变流器的SPWM调制算法和基于零序电压注入的SPWM调制算法,详细分析了零序注入的SPWM调制算法与SVPWM算法的等效实现。在开关损耗最小和中点电位平衡两种目标下,注入到调制波的零序分量不同,仿真验证了不同目标下调制策略的可行性,并分析了各自目标下的优缺点。其次,建立了一体化储能装置的数学模型,并设计了一体化储能装置的网压定向并网控制策略和V/f离网控制策略。提出了一种基于SOC均衡控制的零序电压注入方案,详细推导了需要注入零序分量的大小,并给出了计算流程图。通过仿真验证了一体化储能装置的控制策略和SOC均衡控制策略的有效性。之后设计了一台15kW/30kWh的一体化储能装置样机,完成主电路参数设计和软件设计,并完成基本功能实验。最后,研究了储能技术在微网中系统级能量控制策略,针对削峰填谷和平抑负荷波动两个场景展开讨论,提出了一种基于经验模态分解(Empirical Mode Decomposition, EMD)的削峰填谷和平抑波动的储能控制策略,并对平抑波动场景下的储能容量进行优化。仿真验证了该控制策略的有效性和正确性。
【关键词】：一体化储能 NPC 零序注入脉宽调制 SOC均衡 经验模态分解
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM46
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-23
• 1.1 课题研究的背景与意义11-13
• 1.2 国内外研究动态13-20
• 1.2.1 储能电池及电池管理系统概述13-16
• 1.2.2 储能变流器的结构和拓扑研究16-19
• 1.2.3 PCS与电池的匹配技术研究19-20
• 1.3 本文主要工作20-23
• 2 一体化储能装置的拓扑和调制方法研究23-39
• 2.1 一体化储能装置拓扑的设计23-26
• 2.2 储能变流器SPWM调制算法26-28
• 2.3 基于零序注入的SPWM调制算法28-37
• 2.3.1 线电压的等效实现28-29
• 2.3.2 零序注入提升电压利用率29-32
• 2.3.3 开关损耗最小目标下的调制策略32-35
• 2.3.4 中点平衡控制目标下的调制策略35-37
• 2.4 小结37-39
• 3 一体化储能装置的控制策略研究39-55
• 3.1 一体化储能装置的数学模型39-42
• 3.2 一体化储能装置的并离网控制研究42-46
• 3.2.1 网压定向的并网控制策略42-46
• 3.2.2 离网V/f控制策略46
• 3.3 基于SOC均衡控制的零序注入方案46-53
• 3.3.1 以SOC为反馈的函数建模47-48
• 3.3.2 一体化储能装置电池SOC均衡控制策略48-51
• 3.3.3 仿真验证51-53
• 3.4 小结53-55
• 4 一体化储能装置设计及实验结果55-67
• 4.1 一体化储能装置的设计55-61
• 4.1.1 中间直流电容设计55-57
• 4.1.2 LCL滤波器设计57-59
• 4.1.3 一体化储能变流器控制电路设计59
• 4.1.4 系统软件设计59-61
• 4.2 实验结果分析61-65
• 4.2.1 基本功能实验61-64
• 4.2.2 调制策略实验64-65
• 4.3 小结65-67
• 5 一体化储能装置的应用研究67-81
• 5.1 削峰填谷67-73
• 5.1.1 储能系统的控制策略68-69
• 5.1.2 用于削峰填谷的储能控制算例分析69-73
• 5.2 平抑微网联络线功率波动73-78
• 5.2.1 平抑波动的储能控制策略74
• 5.2.2 平抑波动的储能功率及容量的确定74-76
• 5.2.3 仿真验证76-78
• 5.3 小结78-81
• 6 总结与展望81-83
• 6.1 主要工作及成果81
• 6.2 展望81-83
• 参考文献83-87
• 附录A87-89
• 附录B89-91
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果91-95
• 学位论文数据集95

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