500kW储能变流器控制技术研究

发布时间：2017-10-07 17:40

  本文关键词：500kW储能变流器控制技术研究

  更多相关文章： 储能变流器 数学模型 充放电控制 功率平衡 半实物仿真

【摘要】：为解决能源危机和传统能源污染严重的问题,以风能、太阳能等分布式电源的开发和应用受到越来越的关注。随着我国经济的快速发展,国家大力发展分布式电源,组建运行方式灵活的微电网。由分布式电源组建的微电网可以充分利用可再生能源进行发电,是目前解决能源紧缺问题的有效途径。但随着可再生能源发电量及其电网接入率的不断增加,这种间歇性能源的波动性和不确定性给电网的稳定运行带来了巨大的挑战。储能系统作为微电网的重要组成部分,主要起到平抑功率波动、削峰填谷、稳定电压和提高微电网电能质量的作用,它对于微电网的稳定运行至关重要。大功率储能变流器(Power Conversion System, PCS)作为储能装置和微电网的接口,实现了能量的双向流动。本文对微电网应用背景下的储能变流器进行研究,重点研究储能变流器的控制策略以及PCS在微电网中能量自动协调控制的方法。储能电池是整个储能系统的重要组成部分。本文首先对储能电池的种类和及其各自特点进行列举,然后介绍了电池的充放电理论基础和运行特性,介绍了目前储能电池常用的充电方法。最后,根据储能变流器的应用工况和控制目标,进而确定了本系统采用的充放电控制策略。准确的数学模型是进行控制策略推导的基础。本文首先对PWM变换器的工作原理进行分析,根据电路定律建立电压电流方程,基于开关函数推导出开关函数模型,再引入平均算子得出开关周期平均模型,最后利用小信号扰动的方法,得到直流稳态工作点附近的交流小信号模型,为PWM变换器的控制策略推导奠定数学基础。在数学模型的基础上,根据控制目标得出最后的控制策略。控制策略主要分为四部分：第一部分是直流侧储能电池的控制,使储能电池以恒定电压或电流充电；第二部分是并网状态下交流侧的PQ控制,使PCS能够跟随功率指令,提供恒定功率；第三部分是储能变流器在离网独立供电时的V/f控制策略,为负载提供稳定的交流电压；第四部分研究了系统各种控制模式的整体控制流程。最后通过Matlab/Simulink仿真对控制策略进行验证。在Matlab/Simulink仿真的模型基础上,基于APPSIM软件的半实物实时仿真平台进一步对本文提出的控制策略进行了验证。最后,对半实物实时仿真结果进行了分析,从而验证了控制策略的有效性和正确性。
【关键词】：储能变流器 数学模型 充放电控制 功率平衡 半实物仿真
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 课题研究背景和意义9-10
• 1.2 储能变流器研究现状10-12
• 1.3 本文研究的主要内容12-14
• 第二章 储能电池充放电特性及充放电控制策略14-22
• 2.1 储能系统的发展现状14-15
• 2.2 电池的基本特性分析15-17
• 2.2.1 储能电池基本模型15-17
• 2.2.2 储能电池充放电特性17
• 2.3 储能电池的充放电方法17-20
• 2.3.1 储能电池充电控制原则18
• 2.3.2 储能电池常用充电方法18-20
• 2.4 本文采取的充放电方法20-21
• 2.5 本章小结21-22
• 第三章 储能变流器数学模型22-34
• 3.1 储能变流器的工作原理22-24
• 3.2 储能变流器的数学模型24-33
• 3.2.1 开关函数模型24-26
• 3.2.2 开关周期平均模型26-30
• 3.2.3 交流小信号模型30-33
• 3.3 本章小结33-34
• 第四章 储能变流器的控制策略研究34-44
• 4.1 直流侧储能电池充放电控制策略34-40
• 4.1.1 直流侧控制外环设计34-35
• 4.1.2 电流内环设计35-37
• 4.1.3 电流环PI参数设计37-39
• 4.1.4 直流侧储能电池控制整体方案39-40
• 4.2 交流侧并网控制策略40-41
• 4.3 离网V/f控制策略41-42
• 4.4 系统整体控制方案42-43
• 4.5 本章小结43-44
• 第五章 储能变流器控制策略的仿真验证44-63
• 5.1 储能变流器控制策略的Matlab仿真44-56
• 5.1.1 整体仿真系统搭建和参数设置44-46
• 5.1.2 锁相环仿真46-47
• 5.1.3 直流侧控制仿真47-50
• 5.1.4 交流侧控制仿真50-52
• 5.1.5 离网V/f控制仿真52
• 5.1.6 系统整体的控制仿真验证52-56
• 5.2 储能变流器控制策略半实物仿真56-62
• 5.3 本章小结62-63
• 第六章 结论与展望63-65
• 6.1 结论63-64
• 6.2 展望64-65
• 参考文献65-69
• 攻读硕士学位期间发表的论文及研究成果69-70
• 致谢70-71

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本文编号：989197