进入二十一世纪以后,世界能源的格局发生了变化,一方面为了解决传统化石能源污染程度偏高的问题,以风力发电、光伏发电为代表的新能源技术的开发和利用越来越广泛,另一方面为了解决传统电力系统集中发电,长距离传输、远离负荷中心的问题,国家大力发展可以接入分布式电源、运行方式灵活的微电网技术。由于新能源发电的输出功率的随机性和微电网自身构成的需要,电池储能系统越来越凸显其重要作用,可以起到削峰填谷、提高系统稳定性、平抑功率波动、改善电能质量等作用。
大功率储能变流器是电池储能系统重要组成部分,在电池组和电网之间起到接口的作用,实现能量在两者之间的双向交换。本文以大功率储能变流器为主要研究内容,重点研究了主电路参数设计和各环节的控制方法,并通过仿真和实验对其进行了验证。
首先,分析了储能变流器的拓扑结构和工作原理。详细分析了并网变流器在两相旋转坐标系下的数学模型和半桥型DC/DC变换器的工作原理。对储能变流器硬件电路参数设计进行研究,给出了大功率储能变流器的总体方案,对其中的直流支撑电容、网侧滤波器,升压电感、电池侧电容等关键参数进行了设计。
其次,对储能变流器的控制方法展开研究。根据并网变流器和DC/DC变换器的控制原理,分析了两者的协调控制方法,研究了恒流控制、定直流母线电压控制、下垂控制三种控制策略,并通过MATLAB软件对储能系统进行仿真,仿真结果验证了控制方法的可行性。
最后对本文设计的100kW储能变流器进行实验研究。通过实验平台对储能变流器的各项性能进行了实验,包括充／放电实验,恒流模式、下垂模式的运行实验。通过对实验波形和数据的分析,验证了本文的理论分析,表明设计方案是可行的,达到了设计的要求。
