用于光伏電站的組合級(jí)聯(lián)式電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制研究

【摘要】：近年來(lái),全球電力需求不斷增長(zhǎng),傳統(tǒng)石化資源日漸消減,新能源技術(shù)得到了快速發(fā)展和應(yīng)用。然而,分布式能源并網(wǎng)給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可控性帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。儲(chǔ)能系統(tǒng)為解決這一問(wèn)題提供了新的技術(shù)和手段?；陔姵貎?chǔ)能的組合級(jí)聯(lián)式功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(Hybrid Cascaded Power Conversion System, HC-PCS)是靜止同步補(bǔ)償器與電池能量管理系統(tǒng)相結(jié)合的綜合補(bǔ)償裝置,具備有功和無(wú)功功率四象限調(diào)節(jié)能力,是解決分布式能源并網(wǎng)問(wèn)題的理想方案。 本文依托北京市科技計(jì)劃項(xiàng)目“光伏并網(wǎng)用統(tǒng)一功率控制裝備及直流微網(wǎng)技術(shù)研究與示范應(yīng)用(E13H00041)”,在分析HC-PCS拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,結(jié)合光伏發(fā)電并網(wǎng)要求,提出HC-PCS內(nèi)在電池自均衡控制以及對(duì)光伏電站有功與無(wú)功綜合協(xié)調(diào)補(bǔ)償?shù)膹?fù)合功率控制策略,主要內(nèi)容如下： 首先,詳細(xì)介紹電池儲(chǔ)能系統(tǒng)模型,采用基于鋰電池儲(chǔ)能的組合級(jí)聯(lián)式功率轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)；分析其組合級(jí)聯(lián)式變換器的基本工作原理、控制方式和功率傳輸特性,結(jié)合實(shí)際工程數(shù)據(jù),選取電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及主要參數(shù)。根據(jù)組合級(jí)聯(lián)式電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行要求,設(shè)計(jì)PQ解耦控制策略實(shí)現(xiàn)其四象限運(yùn)行特性,使其能夠工作在BESS和STATCOM兩種模式下。 其次,針對(duì)級(jí)聯(lián)式結(jié)構(gòu)中存在的電池組間荷電狀態(tài)(State of Charge,SOC)不均衡問(wèn)題,提出兩種自均衡控制策略：(1)基于SOC重心偏移的兩級(jí)均衡法；(2)基于特征諧波消除PWM (Selective Harmonic Elimination PWM, SHE-PWM)的差異化充放電方法。對(duì)比分析兩種均衡控制策略的優(yōu)缺點(diǎn),并給出SOC自均衡控制啟動(dòng)或退出的條件和步驟。通過(guò)理論推導(dǎo)和PSCAD/EMTDC仿真驗(yàn)證,分別比較傳統(tǒng)移相SPWM控制和兩種電池SOC自均衡控制的諧波性能。 最后,提出HC-PCS對(duì)光伏電站有功與無(wú)功綜合補(bǔ)償?shù)膹?fù)合功率協(xié)調(diào)控制策略。此復(fù)合控制策略兼顧對(duì)電池組進(jìn)行保護(hù),提高電池組有效利用率,避免電池頻繁充放電；結(jié)合光伏電站的輸出有功功率平滑和低電壓穿越能力(Low Voltage Ride Through, LVRT)需求來(lái)確定HC-PCS的輸出參考值,使HC-PCS能夠?qū)夥l(fā)電的輸出進(jìn)行有功與無(wú)功功率的協(xié)調(diào)補(bǔ)償,充分利用其PQ四象限運(yùn)行的特性；同時(shí)附加功率的變化率控制,利用其快速功率調(diào)節(jié)特性更好的補(bǔ)償不規(guī)則的光伏波動(dòng)。并對(duì)所提出的復(fù)合控制策略進(jìn)行仿真驗(yàn)證。 【關(guān)鍵詞】：組合級(jí)聯(lián)式功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng) 電池儲(chǔ)能 PQ四象限 SOC均衡 復(fù)合功率協(xié)調(diào)控制策略 低電壓穿越
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TM912;TM615
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 緒論11-21
• 1.1 光伏發(fā)電應(yīng)用的背景及意義11-13
• 1.2 光伏發(fā)電現(xiàn)狀13-16
• 1.2.1 國(guó)外光伏發(fā)電概況13-15
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)光伏發(fā)電發(fā)展概況15-16
• 1.3 儲(chǔ)能技術(shù)概述16-18
• 1.3.1 儲(chǔ)能技術(shù)分類(lèi)16-17
• 1.3.2 儲(chǔ)能技術(shù)研究現(xiàn)狀17-18
• 1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容18-21
• 2 組合級(jí)聯(lián)式儲(chǔ)能系統(tǒng)建模和基本控制策略21-29
• 2.1 鋰電池?cái)?shù)學(xué)模型21-22
• 2.2 基于電池儲(chǔ)能的組合級(jí)聯(lián)式雙向大功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)22-23
• 2.3 并網(wǎng)控制策略23-26
• 2.4 仿真驗(yàn)證26-28
• 2.5 本章小結(jié)28-29
• 3 組合級(jí)聯(lián)式系統(tǒng)電池SOC自均衡控制29-61
• 3.1 基于SOC重心偏移的兩級(jí)均衡法29-44
• 3.1.1 以SOC為反饋的函數(shù)建模30-31
• 3.1.2 組合級(jí)聯(lián)式系統(tǒng)相間SOC均衡策略31-36
• 3.1.3 組合級(jí)聯(lián)式系統(tǒng)相內(nèi)SOC均衡策略36-37
• 3.1.4 比例系數(shù)k_1k_2的選取37-38
• 3.1.5 仿真驗(yàn)證38-42
• 3.1.6 諧波分析42-44
• 3.2 基于SHE-PWM的差異化充放電法44-59
• 3.2.1 單一缺口的SHE-PWM原理45-47
• 3.2.2 差異化充放電中觸發(fā)角的選取原則47-48
• 3.2.3 電池組SOC不均衡度閾值的確定48-52
• 3.2.4 切換條件52-54
• 3.2.5 仿真驗(yàn)證54-56
• 3.2.6 諧波分析56-59
• 3.3 對(duì)比兩種SOC均衡控制策略59
• 3.4 本章小結(jié)59-61
• 4 用于光伏并網(wǎng)的復(fù)合功率協(xié)調(diào)控制61-77
• 4.1 分布式系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)61-65
• 4.1.1 建立光伏電池模型61-63
• 4.1.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)控制63-64
• 4.1.3 仿真驗(yàn)證64-65
• 4.2 復(fù)合功率協(xié)調(diào)控制策略65-72
• 4.2.1 復(fù)合功率控制策略的基本原理66-67
• 4.2.2 變化率控制67-68
• 4.2.3 有功功率補(bǔ)償算法68-69
• 4.2.4 無(wú)功功率補(bǔ)償算法69-71
• 4.2.5 復(fù)合功率的協(xié)調(diào)控制邏輯71-72
• 4.3 仿真分析72-76
• 4.3.1 平抑光伏電站輸出有功功率波動(dòng)算例72-74
• 4.3.2 補(bǔ)償無(wú)功功率算例74-76
• 4.4 本章小結(jié)76-77
• 5 結(jié)論77-79
• 5.1 結(jié)論77-78
• 5.2 展望78-79
• 參考文獻(xiàn)79-83
• 作者簡(jiǎn)歷及攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果83-87
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集87

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