模块化超级电容储能系统一体化控制技术研究
发布时间：2022-08-08 13:13
随着我国城市化进程不断加快,城市轨道交通以其特有的运量大、能耗低以及安全性高等优点,相比于其他交通方式得到了迅速的发展。储能技术作为城市轨道交通系统中提升能量利用率、改善直流电网电能质量的有效措施,受到了广泛的关注。超级电容是一种具有高功率密度、低污染和长循环使用寿命的储能元件,由其构成的储能系统在城市轨道交通系统中有着独特的优势和广阔的应用前景。为了提升超级电容储能系统在1500V城市轨道交通直流电网中的适用性,本文以模块化超级电容储能系统为研究对象,对功率变换拓扑结构、功率变换和能量均衡一体化控制等核心技术展开深入的探讨与研究。从储能系统在工程应用中存在的问题入手,深入原理分析,提出关键技术,旨在寻求解决方案。首先,开展了储能系统双向功率变换器拓扑结构的研究工作。对1500V城市轨道交通直流电网的电压进行了在线测试,分析了在线运行车辆工况对直流供电网压的扰动情况,明确了超级电容储能系统在直流供电线路中的使用要求。为了解决直流供电网压突变造成传统模块化多电平直流变换器（Modular Multilevel DC/DC Converter,MMDDC）过流和超级电容储能装置启动时的预充...
【文章页数】：155 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究目的和意义
1.2 超级电容储能系统构成及其发展现状
1.2.1 系统构成及工作方式
1.2.2 应用及发展现状
1.3 储能系统关键技术发展概况
1.3.1 双向功率变换器发展概况
1.3.2 储能系统能量均衡控制技术
1.3.3 功率变换器故障检测及容错控制技术
1.3.4 电能质量优化控制技术
1.4 论文主要研究内容
第2章 用于超级电容储能系统的组合型MMDDC
2.1 引言
2.2 直流电网电压波动分析
2.3 模块化多电平直流变换器建模分析
2.3.1 基本工作原理
2.3.2 电流特性分析
2.3.3 双向能量流动分析
2.4 组合型模块化多电平双向直流变换器
2.4.1 组合型MMDDC工作原理
2.4.2 储能模式下组合型MMDDC稳定性分析
2.4.3 开关器件电气应力分析
2.4.4 组合型MMDDC控制策略
2.5 实验验证
2.6 本章小结
第3章 模块化储能系统一体化能量均衡控制策略
3.1 引言
3.2 模块化储能系统SOC动态均衡控制原理
3.2.1 超级电容电路模型
3.2.2 超级电容模组SOC在线估计
3.2.3 动态均衡原理
3.3 基于平均SOC的组间均衡控制策略
3.3.1 平均SOC均衡控制策略原理
3.3.2 平均SOC均衡控制策略稳态分析
3.3.3 子模组数量对均衡控制策略的影响分析
3.3.4 实验验证
3.4 主动SOC均衡控制策略
3.4.1 主动SOC均衡控制策略原理
3.4.2 系统电流特性及电流补偿分析
3.4.3 系统电流环带宽分析
3.4.4 主动均衡控制策略稳定性分析
3.4.5 实验验证
3.5 分布式SOC均衡控制策略
3.5.1 分布式SOC均衡控制策略原理
3.5.2 系统电流特性及最优均衡参数分析
3.5.3 分布式SOC均衡策略稳定性分析
3.5.4 实验验证
3.6 本章小结
第4章 子模组开路故障诊断及冗余控制策略
4.1 引言
4.2 基于布尔函数的子模组开路故障快速诊断方法
4.2.1 布尔函数简介
4.2.2 开路故障诊断原理
4.2.3 开路故障诊断方法
4.2.4 采样电阻精度对诊断方法影响分析
4.3 基于冷备份子模组的冗余控制策略
4.3.1 冷备份与热备份冗余策略分析
4.3.2 冷备份子模组预切换控制策略
4.3.3 子模组开路故障穿越方法
4.4 实验验证
4.4.1 开路故障诊断实验结果
4.4.2 冗余切换实验结果
4.5 本章小结
第5章 模块化储能系统动态性能提升与二次纹波抑制
5.1 引言
5.2 直流电网电能质量对储能系统影响分析
5.2.1 交流负载对直流电网电能质量影响
5.2.2 直流网压波动对储能系统影响
5.3 基于线性ESO的负载电流前馈控制策略
5.3.1 负载电流线性ESO设计
5.3.2 线性ESO频带及滤波性能分析
5.3.3 负载电流前馈补偿
5.4 基于虚拟阻抗的二次纹波电流抑制策略
5.4.1 电感支路虚拟阻抗分析
5.4.2 动态响应分析
5.4.3 系统稳定性分析
5.5 实验验证
5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
本文编号：3671571
【文章页数】：155 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究目的和意义
1.2 超级电容储能系统构成及其发展现状
1.2.1 系统构成及工作方式
1.2.2 应用及发展现状
1.3 储能系统关键技术发展概况
1.3.1 双向功率变换器发展概况
1.3.2 储能系统能量均衡控制技术
1.3.3 功率变换器故障检测及容错控制技术
1.3.4 电能质量优化控制技术
1.4 论文主要研究内容
第2章 用于超级电容储能系统的组合型MMDDC
2.1 引言
2.2 直流电网电压波动分析
2.3 模块化多电平直流变换器建模分析
2.3.1 基本工作原理
2.3.2 电流特性分析
2.3.3 双向能量流动分析
2.4 组合型模块化多电平双向直流变换器
2.4.1 组合型MMDDC工作原理
2.4.2 储能模式下组合型MMDDC稳定性分析
2.4.3 开关器件电气应力分析
2.4.4 组合型MMDDC控制策略
2.5 实验验证
2.6 本章小结
第3章 模块化储能系统一体化能量均衡控制策略
3.1 引言
3.2 模块化储能系统SOC动态均衡控制原理
3.2.1 超级电容电路模型
3.2.2 超级电容模组SOC在线估计
3.2.3 动态均衡原理
3.3 基于平均SOC的组间均衡控制策略
3.3.1 平均SOC均衡控制策略原理
3.3.2 平均SOC均衡控制策略稳态分析
3.3.3 子模组数量对均衡控制策略的影响分析
3.3.4 实验验证
3.4 主动SOC均衡控制策略
3.4.1 主动SOC均衡控制策略原理
3.4.2 系统电流特性及电流补偿分析
3.4.3 系统电流环带宽分析
3.4.4 主动均衡控制策略稳定性分析
3.4.5 实验验证
3.5 分布式SOC均衡控制策略
3.5.1 分布式SOC均衡控制策略原理
3.5.2 系统电流特性及最优均衡参数分析
3.5.3 分布式SOC均衡策略稳定性分析
3.5.4 实验验证
3.6 本章小结
第4章 子模组开路故障诊断及冗余控制策略
4.1 引言
4.2 基于布尔函数的子模组开路故障快速诊断方法
4.2.1 布尔函数简介
4.2.2 开路故障诊断原理
4.2.3 开路故障诊断方法
4.2.4 采样电阻精度对诊断方法影响分析
4.3 基于冷备份子模组的冗余控制策略
4.3.1 冷备份与热备份冗余策略分析
4.3.2 冷备份子模组预切换控制策略
4.3.3 子模组开路故障穿越方法
4.4 实验验证
4.4.1 开路故障诊断实验结果
4.4.2 冗余切换实验结果
4.5 本章小结
第5章 模块化储能系统动态性能提升与二次纹波抑制
5.1 引言
5.2 直流电网电能质量对储能系统影响分析
5.2.1 交流负载对直流电网电能质量影响
5.2.2 直流网压波动对储能系统影响
5.3 基于线性ESO的负载电流前馈控制策略
5.3.1 负载电流线性ESO设计
5.3.2 线性ESO频带及滤波性能分析
5.3.3 负载电流前馈补偿
5.4 基于虚拟阻抗的二次纹波电流抑制策略
5.4.1 电感支路虚拟阻抗分析
5.4.2 动态响应分析
5.4.3 系统稳定性分析
5.5 实验验证
5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
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