基于电池柔性成组技术的储能变流器研究

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。