基于电池柔性成组技术的储能变流器研究

发布时间：2017-10-14 04:15

  本文关键词：基于电池柔性成组技术的储能变流器研究

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【摘要】：近年来,风能、太阳能等新能源发电在我国电力系统中所占比例逐渐上升,由于新能源发电具有间歇性和波动性的特点,导致了在新能源发电并入电网之后,对电网造成了诸多不利的影响。锂离子电池储能系统因其具有平滑间歇性电源功率波动,对电网起到优化作用,并能够有效提高电网的能源资源优化配置等功能,已成为电力领域的研究热点。本文针对传统锂离子电池储能系统中存在的问题,对基于电池柔性成组技术的储能变流器进行了详细研究。首先,本文分析了在传统锂离子电池成组过程中,电池组不一致性产生的原因,以及不一致性对电池组在容量与能量利用方面和功率输出方面产生的不利影响,并对传统电池组不一致性的改善措施进行了分析；然后,针对在传统电池成组使用过程中的问题,结合电力电子技术,阐述了电池柔性成组技术及电池柔性成组技术的特点,理论推导了电池柔性成组方式与传统电池成组方式的电池组可用能量表达式,并通过一辆乘用车电池组实际数据进行了对比分析,验证了电池柔性成组技术在电池组可用能量方面存在的较大优势；而后,阐述了电池柔性成组储能系统的构成,对可应用于电池柔性成组的不同变流器拓扑结构进行了对比分析；其次,本文对基于电池柔性成组技术的储能变流器的控制策略进行了研究,介绍了H桥级联型变流器的工作原理与调制策略：从系统的角度,分析了变流器并网控制策略；以独立控制模块电流为目标,分析了电池模块充放电电流独立控制策略：为解决由于电池模块电流独立控制所造成的三相电池功率不平衡问题,分析了在三相电池功率不平衡情况下网侧功率平衡控制策略；搭建了储能变流器仿真模型,并对控制策略进行了仿真验证和波形分析；再次,研制了基于电池柔性成组技术的储能变流器样机,本文分别从变流器主电路硬件设计,控制电路硬件及软件设计两个方面,对变流器样机的研制进行了详细的介绍；最后,在所研制的储能变流器样机上对储能变流器的并网控制策略、电池模块充放电电流独立控制策略以及三相电池功率不平衡情况下的网侧功率平衡控制策略进行了实验验证,并对实验波形进行了分析。
【关键词】：锂离子电池成组技术 储能变流器 H桥级联 功率平衡控制
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD634.1
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 绪论11-21
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 锂离子电池及电池成组技术研究现状12-15
• 1.2.1 锂离子电池12-13
• 1.2.2 锂离子电池成组技术13-15
• 1.3 储能变流器研究现状15-18
• 1.4 主要研究内容18-21
• 2 电池柔性成组及其储能系统21-35
• 2.1 传统电池成组中存在的问题21-24
• 2.1.1 传统电池组不一致性分析21-23
• 2.1.2 传统电池组不一致性改善措施23-24
• 2.2 电池柔性成组技术24-29
• 2.2.1 电池柔性成组技术特点24-25
• 2.2.2 传统电池成组与柔性成组的可用能量分析25-26
• 2.2.3 实例数据对比分析26-29
• 2.3 柔性成组储能系统构成及其拓扑29-33
• 2.3.1 柔性成组储能系统构成29-30
• 2.3.2 储能变流器拓扑结构30-33
• 2.4 本章小结33-35
• 3 基于电池柔性成组技术的储能变流器控制策略35-59
• 3.1 H桥级联型变流器工作原理及调制策略35-39
• 3.1.1 H桥级联型变流器的工作原理35-37
• 3.1.2 调制策略37-39
• 3.2 并网控制策略39-43
• 3.2.1 变流器系统数学模型39-41
• 3.2.2 并网控制策略41-43
• 3.3 电池模块充放电电流独立控制策略43-46
• 3.4 三相不平衡状态下的功率平衡控制策略46-49
• 3.5 仿真及波形分析49-57
• 3.5.1 H桥级联型变流器输出特性仿真及波形分析50-51
• 3.5.2 充放电并网仿真及波形分析51-53
• 3.5.3 电池模块充放电电流独立控制仿真及波形分析53-54
• 3.5.4 三相不平衡状态下的功率平衡控制仿真及波形分析54-57
• 3.6 本章小结57-59
• 4 变流器硬件及软件设计59-75
• 4.1 主电路硬件设计59-65
• 4.1.1 主电路整体设计方案59-60
• 4.1.2 串联模块数设计60-61
• 4.1.3 功率子模块主电路设计61-63
• 4.1.4 交流侧滤波电感设计63-65
• 4.2 控制系统硬件设计65-70
• 4.2.1 控制系统硬件总体设计方案65
• 4.2.2 系统主控制器硬件设计65-68
• 4.2.3 功率子模块控制器硬件设计68-69
• 4.2.4 辅助电路设计69-70
• 4.3 控制系统软件设计70-74
• 4.3.1 系统主控制器DSP软件设计70-72
• 4.3.2 系统主控制器FPGA程序设计72-73
• 4.3.3 功率子模块控制器软件设计73-74
• 4.4 本章小结74-75
• 5 实验波形分析75-83
• 5.1 三相并网控制实验波形分析75-77
• 5.1.1 H桥级联型变流器输出电压实验波形分析75-76
• 5.1.2 并网控制实验波形分析76-77
• 5.2 电池模块充放电电流独立控制实验波形分析77-78
• 5.3 三相不平衡状态下的功率平衡控制实验波形分析78-82
• 5.4 本章小结82-83
• 6 总结与展望83-85
• 6.1 全文总结83
• 6.2 研究工作展望83-85
• 参考文献85-89
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果89-93
• 学位论文数据集93

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本文编号：1028928