分布式混合储能变换及其控制技术

世界范围内的能源短缺与环境污染使得风能、太阳能等绿色清洁可再生能源发电得到大力推动与发展。而以风能、太阳能为代表的新能源发电具有不可预测性和间歇性,因此采用储能来补偿新能源发电功率波动,使可再生能源发电可控、可调,成为当前的研究热点。本文围绕分布式混合储能,主要研究了储能双向DC-DC变流拓扑及其控制和混合储能的控制。 1、针对储能系统的需求,提出了改进型耦合电感隔离双向DC-DC拓扑。低压侧采用交错并联结构,增大了低压侧的导通电流,减小了低压侧的电流纹波。高压侧采用半桥级联结构,高压侧开关管的电压应力降为直流母线电压的一半。此外该拓扑采用PWM+移相控制,开关管软开关条件一直满足,环流损耗小,端口输入电压范围宽。 2、采用状态空间平均法建立了储能双向DC-DC变流器的小信号模型,该模型为八阶复杂系统,并得到了仿真结果的验证。通过适当的简化,将八阶的复杂小信号模型简化为二阶模型,并给出了交流小信号电路。随后在简化二阶模型的基础上,设计了储能双向DC-DC的控制环路,实验结果进一步证明了小信号模型及环路设计的正确性。最后通过对储能双向DC-DC的端口电气特性建模,得到了其系统级模型,简化了储能系统的分析。 3、设计并分析了混合储能控制方案。该方案通过母线电压的反馈来提取功率波动,利用直流母线电压环和超级电容电压环设置了低通滤波器、带通滤波器、高通滤波器这三个隐形滤波器,这三个滤波器的带宽由直流母线电压环和超级电容电压环的穿越频率决定。波动功率通过隐形低通滤波器的作用生成低频功率波动,作为锂电池储能补偿功率的参考,波动功率通过隐形带通滤波器的作用生成中高频功率波动,作为超级电容储能补偿功率的参考,剩下的高频功率波动由母线电容补偿。最后实验结果验证了分析的正确性。