电池储能的两级式功率变换系统研究

进入二十一世纪后,世界能源格局的变化和环境污染的加剧促进了以风能、太阳能为代表的新能源发电并网技术的研究和应用。与其他类型储能系统相比,电池储能系统的经济效益高、使用条件限制少、安装维护方便灵活,在需配备储能的新能源并网发电以及电动汽车等应用终端的使用都比较广泛。储能变流器是电池储能系统的重要组成部分,是储能电池组和电网间电能传输的桥梁。因双向变流器在储能系统中起到的独特作用,对其的研究越来越广泛,而热点集中在灵活模块化且高效充放电的电路拓扑结构以及其控制策略这两个方面。 本文以三电池组接入的两级式功率变换系统为主要研究内容,重点研究的是主电路参数设计和系统的控制策略,并通过Matlab仿真和小功率实验对其进行了验证。 首先对几种常见的PCS拓扑结构进行对比和分析,结合并网PCS的设计要求,选择以双向DC-DC变流器与双向DC-AC变流器级联的两级式非隔离PCS作为基本功率变换单元,并对主电路中的直流母线支撑电容、网侧滤波器以及直流侧的升压电感、电池侧电容等关键参数进行了设计。 其次,分析了两级式PCS工作原理及系统数学模型。论文利用子系统集成法对两级式PCS的三个主要组成部分：LCL滤波器、三相两电平DC-AC变流器及双向DC-DC变流器进行了详细建模设计,并给出了各自的简化模型用于控制器设计 再次,对PCS的控制策略展开研究。根据DC-AC变流器和DC-DC变流器的控制原理,分析了两者的协调控制方法,研究了在统一控制策略下恒流、恒压二阶段式充放电控制。为提高系统性能,将DC-AC变流器直流母线外环控制器设计成模糊PI控制。利用MATLAB软件搭建了系统仿真模型并进行了仿真。 论文最后对本文设计的由三个双向DC-DC变流器和一个双向DC-AC变流器组成的PCS进行了小功率实验,实验结果表明本文提出的设计方案并达到了设计的要求,验证了控制策略的正确性和可行性。