基于VSG的中压兆瓦级级联H桥蓄电池存储系统

发布时间：2020-11-09 05:05

　　 由于电源产生的能量与消费者所需的能源的分离,目前的电网浪费了大量的电力,使得电网效率低下。风力涡轮机和光伏电池等利用自然能源的发电机是解决能源问题最有效的技术。这种发电机依赖于可再生能源,而可再生能源取决于天气条件和自然环境,由于其输出的波动性,会导致电源质量恶化和电网不稳定,从而对电网电压和频率稳定产生负面影响。通过利用电网内的储能装置,可以改善可再生能源并网的许多不足。电池储能系统(BESS)是加强电网与大型可再生能源连接,将大量可再生能源并入大电网的一项重要技术。BESS被认为是抵消能量波动的一种有效应对方法。随着近年来工业的进步和发展,迫切需要于中压和大功率领域的更高水平的电气应用。因此,基于级联H桥多电平逆变器拓扑结构的电池存储系统控制策略自推出以来就受到广泛关注。这种类型的多级逆变器拓扑是适用于现代电池存储系统的拓扑之一。本文讨论了虚拟同步发电机(VSG)控制概念,这是近年来基于模拟同步发电机摆动方程而开发的一种新型控制策略,以实现分布式电源友好并网。本论文的主要贡献概括如下:(1)使电力电子多级逆变器实现未来需要的传统同步发电机的静态和动态性能。(2)为了实现VSG的稳定运行,本文提出了 VSG特征参数的设计准则(即惯性,阻尼系数和下垂系数)。不同的转动惯量和阻尼系数显示了系统的频率响应。在不同的阶跃变化中,系统受到有功和无功负载功率增加的影响。(3)该研究讨论了 BESS的运行性能。首先,从建模,分析和控制等方面对用于解决可再生能源并网问题的BESS进行了研究。其次,提出了荷电状态(SOC)的平衡控制以实现输出功率平衡。改进后的控制方法仅基于比例谐振(PR)调节器和解耦电流控制,具有更加高效的性能。最后,通过Matlab/Simulink验证了该方法的有效性。(4)该工作提出了一种BESS控制策略,重点是电池和相位平衡控制。在所提控制策略基础上,通过搭建相应控制模型研究了三相输出功率和能量的平衡。
【学位单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM912
【文章目录】：
摘要
Abstract
Chapter 1 Introduction
    1.1 Background
        1.1.1 Multilevel inverters
            1.1.1.1 Diode clamped inverter
            1.1.1.2 Capacitor clamped inverter
            1.1.1.3 Cascaded H-bridge inverter
    1.2 Modulation techniques
    1.3 Introductory to storage system
    1.4 Basic concept to virtual inertia technique
    1.5 Impact of distributed generations on grid frequency
    1.6 Literature review
    1.7 Problem statement and research objectives
        1.7.1 Key problem
        1.7.2 Research objectives
    1.8 Thesis outline
Chapter 2 Cascaded H-Bridge Multilevel Inverter Based on use Pulse WidthModulation Techniques
    2.1 Introduction
    2.2 CHB modeling description
    2.3 Modeling of multicarrier based PWM techniques
        2.3.1 Level shifted carrier PWM
        2.3.2 Phase shifted carrier PWM
    2.4 Simulation results
        2.4.1 Scenario A: CHB inverter with LSCPWM
        2.4.2 Scenario B: CHB inverter with PSCPWM
    2.5 Conclusions
Chapter 3 CHB Multilevel Inverter Based on VSG
    3.1 Introduction
    3.2 Droop characteristic of VSG
    3.3 Alternative forms of the swing equation
    3.4 Power decoupling control
    3.5 Design of control parameters
    3.6 Over all model VSG
    3.7 Simulation results
        3.7.1 Scenario A: System connected with local load
        3.7.2 Scenario B: Increase active power load
        3.7.3 Scenario C: Increase reactive power load
        3.7.4 Scenario D: Different rotating inertia and damping factor
    3.8 Conclusions
Chapter 4 Power Conditioning System Control for CHB Battery Energy StorageSystem
    4.1 Introduction
    4.2 BESS structure
    4.3 PCS control strategy
        4.3.1 Instantaneous power control
        4.3.2 State-of-charge balancing control
            4.3.2.1 Cluster balancing control
            4.3.2.2 Individual balancing control
    4.4 Power and energy distribution
    4.5 Simulation results
        4.5.1 Scenario A: Power balancing
        4.5.2 Scenario B: Energy balancing
        4.5.3 Scenario C: Quadrant operation of PCS
    4.6 Conclusions
Chapter 5 Power sharing for inverters based on VSG
    5.1 Introduction
    5.2 Synchronous generator mathematical model
        5.2.1 Electrical part
        5.2.2 Mechanical part
    5.3 Virtual synchronous generator concept based synchronvertermodel
    5.4 Droop control
    5.5 Active power regulation
    5.6 Reactive power regulation
    5.7 Parallel operation of inverters
    5.8 Simulation analysis
        5.8.1 Case one
        5.8.2 Case two
    5.9 Conclusion
Chapter 6 Conclusions and Future Work
    6.1 Conclusions
    6.2 Future work
References
List of Publications
Acknowledgements
About the Author

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本文编号：2875932