模块化多电平电池储能系统及其控制研究
发布时间：2020-12-31 19:59
储能电池应用日益广泛,其通常需要外部变换器来进行所需交、直流电能的变换。模块化多电平变换器（MMC）具有结构灵活和有交、直流两个输出端口的特点,已在工程中广泛应用。本文根据MMC系统的结构特点,将电池模块集成到单相MMC多电平拓扑中,并提出适用于此结构的控制算法,来实现MMC交直流功率控制以及电池之间的均衡。为改善现有电池储能系统需要多种管理装置以及扩展性差的问题,本文先介绍所提的基于电池能量控制的模块化多电平电池储能系统结构。与传统的电池电力电子变换器以及SOC主动均衡结构相比,本MMC多电平电池储能系统同时具有交、直流输出以及电池SOC均衡的功能,有一定的结构新意和应用空间。为了实现上述MMC电池储能系统的功能,本文建立了MMC电池储能系统的数学模型。分析了两种载波移相调制法对系统交直流输出的影响,考察了系统多端功率转换关系,通过对交直流环流进行建模分析,设计了交直流电流并网控制方案,验证了系统稳定性。针对电池均衡的实际应用要求,提出了一种跟踪电流的均衡策略。通过加入电流方向跟踪算子,修正单个电池模块的直流电压给定,可在不影响交直流输出的前提下,对电池SOC进行均衡。即使在有功功率...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景
1.2 课题研究的目的及意义
1.2.1 电池储能系统的技术要求
1.2.2 模块化多电平结构的电池储能系统的作用
1.3 电池储能系统国内外研究现状
1.3.1 单级式与两级式储能变换系统
1.3.2 级联H桥多电平换流器
1.3.3 模块化多电平换流器
1.3.4 电池荷电状况均衡技术
1.4 本文主要研究内容
第2章 MMC电池储能系统工作原理
2.1 引言
2.2 模块化多电平储能系统结构与模型
2.2.1 MMC电池储能系统结构
2.2.2 SM模块工作模式分析
2.2.3 MMC单相等效模型
2.3 储能功率转换关系
2.4 MMC调制方式
2.4.1 载波移相调制方式
2.4.2 载波移相调制下系统电压分析
2.5 本章小结
第3章 MMC电池储能系统能量控制策略
3.1 引言
3.2 MMC电池储能系统环流模型
3.2.1 直流端等效模型
3.2.2 交流端等效模型
3.3 交直流端功率控制策略
3.3.1 直流端功率控制
3.3.2 交流并网功率控制
3.4 MMC电池储能系统能量控制仿真及分析
3.4.1 MMC电池储能系统模型搭建
3.4.2 MMC电池储能系稳态仿真
3.4.3 MMC电池储能系动态仿真
3.5 本章小结
第4章 电池模块SOC均衡控制策略
4.1 引言
4.2 电池建模
4.2.1 电池模型分类
4.2.2 基于内阻理论的电池模型
4.3 SOC均衡控制策略
4.3.1 MMC稳态运行时电池电量变化分析
4.3.2 电池SOC均衡算法设计
4.3.3 电池SOC调节器设计
4.3.4 加入均衡控制后电池电量变化分析
4.4 电池均衡仿真分析
4.5 本章小结
第5章 MMC电池储能系统实验验证
5.1 引言
5.2 硬件电路设计
5.2.1 主电路搭建
5.2.2 辅助电路设计
5.3 软件系统设计
5.3.1 系统流程
5.3.2 载波移相PWM产生
5.3.3 PI控制子程序
5.3.4 IIR滤波器设计
5.4 实验结果分析
5.4.1 两种载波移相调制效果验证
5.4.2 模块化多电平系统两端口能量控制动态验证
5.4.3 电池SOC均衡控制验证
5.5 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]模块化多电平换流器桥臂电抗器参数设计方法[J]. 赵成勇,胡静,翟晓萌,谢敏华,高阳. 电力系统自动化. 2013(15)
[2]可再生能源发电中的电池储能系统综述[J]. 丁明,陈忠,苏建徽,陈中,吴建锋,朱承治. 电力系统自动化. 2013(01)
[3]模块组合多电平变换器的研究综述[J]. 杨晓峰,林智钦,郑琼林,游小杰. 中国电机工程学报. 2013(06)
[4]单相电流型逆变器的d-q控制及仿真研究[J]. 茆美琴,喻莉,徐斌,黄荣赓. 系统仿真学报. 2011(12)
[5]模块化多电平换流器型直流输电内部环流机理分析[J]. 屠卿瑞,徐政,郑翔,管敏渊. 高电压技术. 2010(02)
[6]模块化多电平换流器型直流输电的调制策略[J]. 管敏渊,徐政,屠卿瑞,潘伟勇. 电力系统自动化. 2010(02)
[7]多电平逆变器载波调制与空间矢量调制的等效关系[J]. 宋强,刘文华,陈远华. 电力系统自动化. 2004(19)
博士论文
[1]模块组合多电平变换器（MMC）研究[D]. 杨晓峰.北京交通大学 2012
硕士论文
[1]基于改进单粒子模型的锂离子电池参数获取与老化分析[D]. 郑君.哈尔滨工业大学 2015
本文编号：2950222
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景
1.2 课题研究的目的及意义
1.2.1 电池储能系统的技术要求
1.2.2 模块化多电平结构的电池储能系统的作用
1.3 电池储能系统国内外研究现状
1.3.1 单级式与两级式储能变换系统
1.3.2 级联H桥多电平换流器
1.3.3 模块化多电平换流器
1.3.4 电池荷电状况均衡技术
1.4 本文主要研究内容
第2章 MMC电池储能系统工作原理
2.1 引言
2.2 模块化多电平储能系统结构与模型
2.2.1 MMC电池储能系统结构
2.2.2 SM模块工作模式分析
2.2.3 MMC单相等效模型
2.3 储能功率转换关系
2.4 MMC调制方式
2.4.1 载波移相调制方式
2.4.2 载波移相调制下系统电压分析
2.5 本章小结
第3章 MMC电池储能系统能量控制策略
3.1 引言
3.2 MMC电池储能系统环流模型
3.2.1 直流端等效模型
3.2.2 交流端等效模型
3.3 交直流端功率控制策略
3.3.1 直流端功率控制
3.3.2 交流并网功率控制
3.4 MMC电池储能系统能量控制仿真及分析
3.4.1 MMC电池储能系统模型搭建
3.4.2 MMC电池储能系稳态仿真
3.4.3 MMC电池储能系动态仿真
3.5 本章小结
第4章 电池模块SOC均衡控制策略
4.1 引言
4.2 电池建模
4.2.1 电池模型分类
4.2.2 基于内阻理论的电池模型
4.3 SOC均衡控制策略
4.3.1 MMC稳态运行时电池电量变化分析
4.3.2 电池SOC均衡算法设计
4.3.3 电池SOC调节器设计
4.3.4 加入均衡控制后电池电量变化分析
4.4 电池均衡仿真分析
4.5 本章小结
第5章 MMC电池储能系统实验验证
5.1 引言
5.2 硬件电路设计
5.2.1 主电路搭建
5.2.2 辅助电路设计
5.3 软件系统设计
5.3.1 系统流程
5.3.2 载波移相PWM产生
5.3.3 PI控制子程序
5.3.4 IIR滤波器设计
5.4 实验结果分析
5.4.1 两种载波移相调制效果验证
5.4.2 模块化多电平系统两端口能量控制动态验证
5.4.3 电池SOC均衡控制验证
5.5 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]模块化多电平换流器桥臂电抗器参数设计方法[J]. 赵成勇,胡静,翟晓萌,谢敏华,高阳. 电力系统自动化. 2013(15)
[2]可再生能源发电中的电池储能系统综述[J]. 丁明,陈忠,苏建徽,陈中,吴建锋,朱承治. 电力系统自动化. 2013(01)
[3]模块组合多电平变换器的研究综述[J]. 杨晓峰,林智钦,郑琼林,游小杰. 中国电机工程学报. 2013(06)
[4]单相电流型逆变器的d-q控制及仿真研究[J]. 茆美琴,喻莉,徐斌,黄荣赓. 系统仿真学报. 2011(12)
[5]模块化多电平换流器型直流输电内部环流机理分析[J]. 屠卿瑞,徐政,郑翔,管敏渊. 高电压技术. 2010(02)
[6]模块化多电平换流器型直流输电的调制策略[J]. 管敏渊,徐政,屠卿瑞,潘伟勇. 电力系统自动化. 2010(02)
[7]多电平逆变器载波调制与空间矢量调制的等效关系[J]. 宋强,刘文华,陈远华. 电力系统自动化. 2004(19)
博士论文
[1]模块组合多电平变换器（MMC）研究[D]. 杨晓峰.北京交通大学 2012
硕士论文
[1]基于改进单粒子模型的锂离子电池参数获取与老化分析[D]. 郑君.哈尔滨工业大学 2015
本文编号：2950222
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/2950222.html
