级联H桥储能变换器及其控制技术研究

发布时间：2017-09-04 13:01

  本文关键词：级联H桥储能变换器及其控制技术研究

  更多相关文章： 储能系统 级联H桥变换器 复合控制 直流链电压均衡 直流链纹波电流 有源滤波电路 级联H桥直流变换器

【摘要】：储能系统既可作为发电单元又可作为负荷单元的独特双向调节作用,使其可以有效提高电网接纳可再生能源并网发电的能力。随着大规模可再生能源并网渗透率与日俱增,储能作为平滑可再生能源出力波动的有效方法,其接入电网的容量与电压等级也越来越高。级联H桥多电平变换器用作储能系统的功率并网装置,具有优点：可以通过低压器件形成高压输出；电池储能单元采用分布式配置,易于其能量管理系统设计；基于H桥的模块化结构便于储能系统扩容。因此级联H桥储能变换器在高压大容量储能系统领域有着较大发展潜力。本文采用级联H桥多电平变换器作为储能系统功率调节装置,研究了以下问题：(1)电池或超级电容储能单元具有短时大功率放电能力,在储能系统配合可再生能源并网发电时如果要利用这种能力,储能PCS功率等级需要设计为储能单元额定功率的数倍；当储能系统工作在额定功率以下,PCS将存在较大剩余容量导致利用率不高。这一问题目前很少被关注。为解决此问题,本文研究了储能系统平滑可再生能源输出功率波动与有源滤波的复合控制策略,在储能系统实现平滑波动功能的基础上,利用其PCS的剩余功率容量实现有源滤波功能。(2)级联H桥储能变换器的分布式储能单元结构容易导致直流侧储能单元电压或容量不均衡。基于建立级联H桥储能变换器的功率模型,从能量角度考虑了相间直流链电压均衡问题,研究了相间直流链电压偏差、各相注入均衡功率与均衡时间的相互关系；在此基础上提出了最大零序电压注入法与最大负序电流注入法的相间直流链电压快速均衡控制策略,并推导了最大零序电压与最大负序电流的求解方式。(3)级联H桥储能变换器H桥直流链电流含有大量纹波电流,纹波电流会对储能单元性能产生不利影响。基于理论推导与仿真分析表明直流链电流中含有直流分量、低频电流分量、高频电流分量；通过H桥纹波电流电路模型研究了三种无源滤波电路抑制直流链纹波电流的传输特性；在此基础上,本文提出了基于buck/boost型DC-APF的级联H桥储能PCS电路拓扑与基于耦合变压器CTDC-APF的级联H桥储能PCS电路拓扑,并研究了利用有源滤波器滤除H桥直流链纹波电流分量的控制策略。(4)级联H桥多电平变换器通常被用作储能逆变器,研究发现其具有用作直流储能变换器的可行性。本文提出了级联H桥结构的交直流储能变换器电路拓扑；并详细研究了级联H桥变换器作为直流DC/DC变换器的工作原理与关键控制策略。(5)研制了5电平级联H桥PCS试验样机,介绍了样机主电路与控制电路的硬件结构和控制软件架构,实验初步验证了部分控制策略的效果。在此基础上,搭建了配合光伏发电的混合储能实验平台,实验研究了储能系统平滑光伏输出功率波动的效果。
【关键词】：储能系统 级联H桥变换器 复合控制 直流链电压均衡 直流链纹波电流 有源滤波电路 级联H桥直流变换器
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM46;TK02
【目录】：

• 致谢9-10
• 摘要10-12
• ABSTRACT12-22
• 第一章 绪论22-39
• 1.1 储能技术研究背景22-23
• 1.2 储能技术在电力系统中的功能23-25
• 1.3 储能技术发展概况25-27
• 1.4 大容量电池储能系统的PCS拓扑27-36
• 1.4.1 现有大容量电池储能系统27-30
• 1.4.2 大容量电池储能系统PCS拓扑研究30-36
• 1.5 本文研究目标与工作36-39
• 1.5.1 研究目标36-37
• 1.5.2 主要工作37-39
• 第二章 级联H桥储能变换器建模及控制39-55
• 2.1 引言39
• 2.2 级联H桥储能功率调节系统39-40
• 2.3 级联H桥储能变换器的建模40-44
• 2.3.1 abc坐标系下的开关周期平均模型40-43
• 2.3.2 dq坐标系下的开关周期平均模型43-44
• 2.4 级联H桥储能变换器的功率控制44-45
• 2.5 级联H桥储能变换器的PWM调制方式45-47
• 2.6 级联H桥储能变换器的复合控制策略47-54
• 2.6.1 平滑波动与有源滤波的复合控制结构48-49
• 2.6.2 复合控制电流指令合成49-50
• 2.6.3 仿真研究50-54
• 2.7 结语54-55
• 第三章 级联H桥储能PCS相间直流链电压快速均衡55-78
• 3.1 引言55
• 3.2 级联H桥储能PCS直流链电压均衡策略55-56
• 3.3 级联H桥储能变换器的功率模型分析56-60
• 3.3.1 级联H桥储能变换器的功率模型表达式56-58
• 3.3.2 零序电压注入分析58-59
• 3.3.3 负序电压注入分析59-60
• 3.4 级联H桥储能PCS相间直流链电压快速均衡60-77
• 3.4.1 最大零序电压注入法的相间直流链电压均衡控制60-70
• 3.4.2 最大负序电流注入法的相间直流链电压均衡控制70-77
• 3.5 结语77-78
• 第四章 级联H桥储能PCS直流链纹波电流的抑制策略78-105
• 4.1 引言78
• 4.2 级联H桥储能PCS直流链纹波电流的抑制策略78-79
• 4.3 直流链纹波电流分析79-84
• 4.3.1 基于功率守恒分析直流链低频纹波电流80
• 4.3.2 基于开关函数求解直流链纹波电流80-83
• 4.3.3 基于仿真验证直流链纹波电流83-84
• 4.4 直流链纹波电流的无源滤波抑制策略84-90
• 4.4.1 电容滤波抑制直流链纹波电流84-87
• 4.4.2 LC滤波电路抑制直流链纹波电流87-88
• 4.4.3 串联LC谐振电路抑制直流链纹波电流88-90
• 4.5 有源滤波电路抑制直流链纹波电流控制策略90-104
• 4.5.1 基于buck/boost DC-APF的级联H桥PCS电路90-93
• 4.5.2 buck/boost DC-APF抑制纹波电流的控制策略93-94
• 4.5.3 buck/boost型DC-APF抑制纹波电流仿真研究94-98
• 4.5.4 基于CTDC-APF的级联H桥PCS电路98-99
• 4.5.5 CTDC-APF抑制纹波电流的控制策略99-100
• 4.5.6 CTDC-APF抑制纹波电流仿真研究100-104
• 4.6 结语104-105
• 第五章 级联H桥结构的交直流储能变换器105-130
• 5.1 引言105
• 5.2 级联H桥结构的交直流储能变换器电路拓扑105-110
• 5.2.1 交直流储能变换器问题的提出105-108
• 5.2.2 级联H结构的交直流储能变换器电路拓扑108-110
• 5.3 级联H结构的交直流储能变换器工作原理110-125
• 5.3.1 级联H结构直流储能变换器工作原理110-114
• 5.3.2 级联H桥直流储能变换器的控制策略114-125
• 5.4 级联H桥交直流储能系统应用于微网仿真研究125-129
• 5.5 结语129-130
• 第六章 实验研究130-151
• 6.1 引言130
• 6.2 级联H桥储能PCS样机研制130-143
• 6.2.1 硬件电路结构130-132
• 6.2.2 软件结构132
• 6.2.3 实验研究132-143
• 6.3 混合储能实验平台搭建143-150
• 6.3.1 混合储能实验平台简介143-146
• 6.3.2 系统监控软件146-147
• 6.3.3 储能系统配合光伏单元并网协调运行147-150
• 6.4 结语150-151
• 第7章 总结与展望151-154
• 7.1 研究工作总结151-152
• 7.2 今后工作展望152-154
• 参考文献154-165
• 攻读博士学位期间的学术活动及成果情况165-166

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 薛辰;;储能,还在黎明前徘徊[J];风能;2012年04期

2 ;欧盟加速研发高性能锂离子储能技术预标准化[J];储能科学与技术;2013年05期

3 ;2014年第四届北京国际储能大会将于5月在京举行[J];储能科学与技术;2014年01期

4 ;《储能科学与技术》2014年征订启事[J];电源学报;2013年06期

5 俞振华;;大容量储能技术的现状与发展[J];中国电力企业管理;2009年19期

6 张海梁;孙婉胜;;储能电站在智能配网中的应用探讨[J];中国电力教育;2011年24期

7 胡丹;;浅谈先进储能技术及其发展前景[J];企业技术开发;2012年Z2期

8 陈玉和;;储能技术发展概况研究[J];能源研究与信息;2012年03期

9 王秀琴;;储能电站的大容量储能方式分析[J];产业与科技论坛;2012年16期

10 李钇里;;浅谈风轮储能技术在风力发电中的应用[J];科技与企业;2013年06期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 程时杰;;储能技术——一种在未来电气工程学科中可以发挥重要作用的技术[A];湖北省电工技术学会、武汉电工技术学会2008年学术年会暨理事会换届大会论文集[C];2008年

2 ;2013年储能技术研发动态[A];中国农机工业协会风能设备分会《中小型风能设备与应用》（2014年第3期）[C];2014年

3 王文亮;秦明;刘卫;;大规模储能技术在风力发电中的应用研究[A];经济发展方式转变与自主创新——第十二届中国科学技术协会年会（第二卷）[C];2010年

4 张建兴;;大规模电池储能技术的发展机遇与挑战[A];第二届全国电能质量学术会议暨电能质量行业发展论坛论文集[C];2011年

5 王保国;;坚持四项基本原则推动储能产业发展[A];第一届全国储能科学与技术大会摘要集[C];2014年

6 鄂宝民;黄旭;庞立军;陈昀;支伟;;先进储能技术在环渤海风电发展中的应用前景分析[A];第十三届中国科协年会第15分会场-大规模储能技术的发展与应用研讨会论文集[C];2011年

7 陆志刚;刘怡;雷金勇;陈满;陈磊;李达;;电池储能在电力系统应用和技术经济分析[A];第十三届中国科协年会第15分会场-大规模储能技术的发展与应用研讨会论文集[C];2011年

8 ;关于组织编撰《中国储能年鉴》的通知[A];储能的价值与使命——2011首届中国储能产业发展国际峰会论文集[C];2011年

9 来小康;;储能技术的近期研究工作[A];第30届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2013年

10 张祖平;刘思革;梁惠施;;电力储能在不同电压等级配电网中的应用[A];第十三届中国科协年会第15分会场-大规模储能技术的发展与应用研讨会论文集[C];2011年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 早报记者 陈静思;“储能产业应纳入新能源规划”[N];东方早报;2009年

2 本报记者 房田甜　实习记者 董乐;全国工商联新能源商会储能专业委员会秘书长林朔：“不能评断哪种储能技术前景最好”[N];21世纪经济报道;2011年

3 本报记者 梁宵;资本加单储能待补贴[N];中国经营报;2010年

4 本报记者 段逸倩;储能下一步：商业化[N];中国电力报;2011年

5 本报记者 王荣;我国储能产业发展面临四大制约[N];中国证券报;2012年

6 记者 陈其珏;储能产业6000亿市场有待撬动[N];上海证券报;2012年

7 MEB记者 张兰;2012储能国际峰会探讨储能商业模式[N];机电商报;2012年

8 本报记者 吴松;储能产业起步 商业模式有待突破[N];中国经济导报;2012年

9 主持 中国电力报社《电气周刊》编辑部主任兼主编 路晓冰;我国储能产业大规模应用为时尚早[N];中国电力报;2012年

10 王明冲 红炜 李伟;“系统”理念成就储能明星[N];中国能源报;2012年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 王姝;储能技术应用于电力系统时的协调控制研究[D];华中科技大学;2015年

2 张熙;大规模储能与风力发电协调优化运行研究[D];山东大学;2016年

3 陈中;级联H桥储能变换器及其控制技术研究[D];合肥工业大学;2015年

4 刘胜永;基于风/光发电系统的储能系统建模与控制[D];合肥工业大学;2016年

5 闫晓磊;储能飞轮优化设计理论与方法研究[D];湖南大学;2012年

6 武震;分布式储能系统关键技术研究[D];天津大学;2014年

7 于雅莉;储能飞轮动发一体机电磁关键问题及温度场的研究[D];哈尔滨工程大学;2012年

8 张野;微网中电池储能系统控制策略的研究[D];天津大学;2014年

9 方家琨;超导磁储能技术在电力系统稳定控制中的应用研究[D];华中科技大学;2012年

10 施琳;含新能源的独立电网储能容量配置和运行策略研究[D];华中科技大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 王尚;实现风电场自律的调控与配置策略研究[D];山东大学;2015年

2 杨永旭;计及储能的风电场可靠性评估[D];山东大学;2015年

3 黄腾;集中充电站电池储能系统并网影响研究[D];华北电力大学;2015年

4 吴小刚;配网储能系统的规划方法研究[D];华北电力大学;2015年

5 刘大川;基于脆弱性理论的主动配电网储能规划方法研究[D];华北电力大学;2015年

6 胡鹏;储能电站监测控制软件设计与实现[D];电子科技大学;2014年

7 田吉鹏;基于混合储能的双馈风机运行控制研究[D];大连理工大学;2015年

8 胡志远;基于储能的风电功率平抑技术研究[D];电子科技大学;2015年

9 林阿依;屋顶光伏与储能一体化发电系统设计研究[D];华北电力大学;2015年

10 张峰;高压级联储能功率转换系统控制策略研究[D];上海交通大学;2013年

，

本文编号：791665