混合储能系统三端口变换器结构及控制策略研究

发布时间：2020-05-15 05:15

【摘要】：作为整合可再生能源的一种重要形式,直流微电网日益受到关注。储能装置是保障微电网电能质量和稳定性的重要组成部分。研究储能单元接口变换器和合理的功率分配方法可对微电网的高效、可靠运行发挥积极的作用。由于储能元件的特性不同,结合两种或两种以上储能元件的混合储能系统广受关注。本文以高能量密度的蓄电池和高功率密度的超级电容两种储能元件组成的混合储能系统为研究对象,研究其在直流微电网中的应用方法,结合直流微电网体系结构与运行方式,设计拓扑结构适配的接口变换器并提出对应的功率分配控制策略。本文首先提出一种半隔离型共直流母线三端口变换器,分析其工作原理和工作模态,并给出移相加占空比控制方法。在此基础上,对高、低压侧功率传输关系进行了定量的数学推导,并分析变换器中开关管的软开关实现条件。其次,分析直流微电网中混合储能系统的工作模式,研究相应的功率分配方法,并对不同的控制策略进行比较。在此基础上,提出一种基于虚拟阻抗的混合储能功率分配方法,进而分析该方法频域下储能元件的功率分配关系,为控制策略中的虚拟阻抗参数的选取提供依据。在上述三端口变换器和虚拟阻抗控制策略的研究基础上,给出混合储能系统的整体设计方案。基于广义的状态空间平均建模法,对变换器进行建模,进一步建立计及变换器模型的控制策略模型,由此分析虚拟阻抗参数和超级电容SoC状态变化对系统控制环路动态特性和稳定性的影响。最后,搭建基于三端口DC-DC变换器的混合储能系统实验平台,对共直流母线三端口DC-DC变换器的移相占空比控制、交错并联和软开关特性进行实验验证。进一步,通过系统在不同工况下的实验,验证混合储能系统虚拟阻抗功率分配方法的可行性和有效性。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM46

【参考文献】