I型三电平储能变流器设计

随着新能源发电的快速发展,新能源发电输出功率的间歇性和不确定性问题日益突出,为增强电网对新能源的消纳能力,设计了1台I型三电平储能变流器。在深入分析其工作原理的基础上,构建了数学模型并给出了恒流充放电控制策略。针对三电平储能变流器中点电位不平衡的问题,提出了带可变分配因子的空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM)算法以实现对中点电位波动的快速响应。样机实验结果表明,在恒流充放电控制策略下,样机在并网工况下具有良好的稳态和暂态性能,所采用的带可变分配因子的SVPWM算法能快速抑制中点电位波动且抑制效果明显。

基于互补PWM控制的Buck/Boost双向变换器在超级电容器储能中的应用

超级电容器等快速储能技术在短时大功率应用中具有较好的技术经济性,非常适宜于微型电网运行过程中的瞬时功率平衡控制。提出超级电容器通过Buck/Boost双向变换器与脉宽调制(pulse width modulation,PWM)逆变器相连的储能主电路结构,以实现功率的双向调节并提高超级电容器利用率。为解决直流母线电压易受PWM逆变器工作状态切换而波动的问题,采用互补PWM控制技术,分析其特点及其在提高系统运行稳定性与动态响应的优势;建立互补PWM控制的Buck/Boost双向变换器的小信号模型,应用电压电流双闭环与功率前馈相结合的方法以抑制直流母线电压波动;针对直流母线负载电流不易测量的问题,提出采用最小拍观测器的方法对负载电流进行虚拟测量。仿真和实验证实了该方法的有效性。

一种新型的电流源型变流器PWM控制策略及其在超导磁储能装置中的应用

超导磁储磁能(SMES)装置的超导磁体通过变流器与电网连接,为了减小装置向系统注入的谐波电流,各种改进的脉宽调制(PWM)技术被用于变流器的控制。该文分别用正弦波和三角波作为调制和载波信号,提出一种可用于电流源型变流器的实时电流控制的新型PWM开关策略,并在此基础上研究了能够按照系统要求对电流源型SMES独立地进行有功和无功功率四象限调节的实时功率控制方法。仿真结果表明,该开关策略不仅能够快速改变变流器交流侧电流的幅值和相位,有效降低变流器交流侧电流中的谐波含量,而且能够提高SMES装置的功率响应特性。同时该方法还具有控制策略简单,工程实现容易的特点。

微电网储能系统中基于PWM加双重移相控制的双向DC/DC变换器研究

针对微电网储能应用中各储能装置以及直流母线存在的电压波动对变换器工作造成的不利影响、电路环流带来的损耗问题,在原边全桥-副边升压半桥隔离型双向DC/DC拓扑的基础上,提出了PWM配合双重移相的控制方法,分析了该方法在变换器端口电压波动情况下对变换器的各种工作特性带来的改善。针对单侧H桥双重移相控制仅在端口电压匹配时才能够在整个移相范围内消除功率环流的局限性,阐述了引入PWM控制后在消除功率环流上的改进,提高了端口电压在宽变化范围下系统的工作效率。建立了PWM配合双重移相控制变换器的数学模型,并与传统移相控制变换器特性做出定量的对比。设计了所提方法应用在微电网储能系统中的控制策略,并搭建了仿真模型,对控制效果进行了对比分析,验证了所提方法的有效性。

用于电池储能系统的级联式电力电子变压器均衡及协调控制

针对用于电池储能系统的级联式电力电子变压器,提出基于混合脉宽多电平调制的电池均衡及协调控制策略。级联H桥采用混合脉宽调制可实现子模块功率双向独立调节,该策略利用这一特性对各电池单元进行差异化充放电及荷电状态均衡控制,同时保证系统总功率指令要求及网侧低谐波。为抑制混合脉宽调制时各H桥开关函数非线性时变及网侧功率指令变化引起的直流链电压波动,将整流级开关函数及功率指令作为前馈,提出了隔离双向DC/DC变换器的直流链电压协调控制方法。仿真和实验结果表明,所提控制策略可实现电池荷电状态曲线快速收敛及均衡、双向功率高性能控制以及直流链电压纹波有效抑制。

基于模块化多电平变换器的储能系统综述

储能系统是当前和未来新能源电力系统中的关键组成部分,储能系统的引入促进了电网结构的优化,实现了新能源的友好接入和协调控制。模块化多电平换流器(Modular multilevel converter,MMC)作为多电平换流器家族中的一员,在中高压大功率场合有着广泛的应用。对基于模块化多电平变换器的储能系统的研究情况进行归纳和总结。首先简要介绍了MMC的拓扑结构和技术特点,其次对各种储能技术的概况进行总结。然后着重讨论了储能单元接入MMC的方式和带有储能装置的MMC的调制策略、子模块电容电压均衡、主电路参数设计、控制方面等关键技术的研究进展情况。最后对基于模块化多电平变换器的储能系统研究的重点问题提出了建议。

大容量级联式电池储能功率调节系统中多脉冲驱动技术研究

出于高压隔离目的,大容量级联式电池储能系统中,一般采用光纤传输驱动脉冲信号。由于H桥单元个数众多,驱动脉冲数量庞大,为减少光纤使用数量,降低系统成本,提高工作可靠性,采用编解码技术,对多路脉冲驱动信号进行编码后通过一条光纤信号进行串行传输成为一种可行的解决方案。首先分析了PWM脉冲信号的产生算法,在此之上提出针对多路PWM脉冲进行编解码的算法,指定通信协议,采用光纤信号进行串行通信,并将该方案成功应用于一台6 k V,600 k W电池储能功率调节系统(PCS)中,实验结果表明采用该编解码方案使用一条光纤即可完成传统多路光纤传输任务,功率调节系统输出与理论分析一致,电压谐波含量低,并网电流正弦度高,验证了所提的脉冲编解码方案的正确性与可行性。

三电平储能变流器的研制

此处研制了一款大功率三电平储能变流器,对其主电路拓扑结构和数学模型进行了详细分析,并给出了恒流、恒功率和恒压充放电控制模式。针对传统三电平空间矢量脉宽调制(SVPWM)扇区多、控制复杂的问题,提出了基于两电平空间矢量的三电平载波调制方式,无需复杂分区即可实现三电平SVPWM和母线电容中点电压平衡。制作了实验样机并搭建了实验平台进行验证,验证了所设计的样机具有较好的稳态和动态性能。

电池储能变流器调制方法综述

电池储能变流器是储能系统的核心部件,电池储能变流器调制方法的选择对输出电能的谐波质量、直流电压利用率和开关损耗有重要的影响。本文总结对比了多种电池储能变流器调制方法,阐述各自工作原理以及优缺点。然后针对某一实际算例,搭建了电池储能变流器模型,提出相应的调制方法及控制策略,并基于Matlab/Simulink仿真平台搭建风储系统仿真模型。通过仿真结果表明,所选择的调制方法能够进行有功功率滞环控制,可以将母线电压维持在允许范围内,同时有效减少谐波,使变流器输出达到并网要求。

永磁直驱型风电机组两类故障的穿越技术

为了提高永磁直驱型风电机组的并网性能,分析永磁直驱型风电机组的基本结构,讨论应用于永磁直驱型风电机组的各种低电压穿越技术,变桨距控制,增加功率开关器件的额定容量,网侧加装辅助变流器,STATCOM运行模式控制,不同位置加装撬棒Crowbar耗能元件,加装超级电容器,储能电池或超级电容器与储能电池组合,连接点出现事故性不对称故障时,改进网侧变流器的控制策略,配合撬棒Crowbar保护电路控制机组的功率平衡,实现不对称故障穿越。文中分析的各种故障穿越技术为后续永磁直驱型风电机组并网能力的提高有一定的理论指导。

蓄电池储能双向DC/DC变换器的设计

为了研究蓄电池的充放电特性,利用性价比高的MSP430F149单片机作为中心控制芯片,采用脉冲宽度调制(PWM)控制方法,搭建了一个蓄电池储能实验装置。该装置由双向DC/DC变换电路、测控电路、开关保护电路、开关管驱动电路、彩屏显示电路、电源电路组成,该装置实现了对电池恒流充电、恒压放电、过充保护、电路中电流电压彩屏显示等功能。该系统具有操作简便、测试方便和成本低廉的特点。

多源变换器空间矢量调制方法

针对多源变换器构成的混合储能系统直流侧储能网络电压不平衡时引起的电流畸变问题,提出一种基于空间坐标分析的新型空间矢量调制方法。提出利用矢量空间坐标关系优化调制方法的扇区判断条件,解决现有正弦脉宽调制方法和空间矢量调制方法运算时间长,且无法全范围使用的问题。此外,对各电压矢量状态下变换器功率流动进行分析,结合不同矢量组对直流侧电流的影响,实现变换器对储能网络功率协调控制。为分析变换器直流侧功率协调特性,通过构建多源变换器稳态功率流动模型,给出多源变换器最佳工作区域,为系统控制策略优化提供目标。所提出的方法运算量小、鲁棒性高,仿真和实验结果都验证了所提出调制方法的正确性和可行性。

基于DSP的三相整流器在电池储能中的应用

为了实现电能在储能电池与电网之间的双向流动,设计了一种基于DSP的全数字化空间矢量脉宽调制(SVPWM)三相整流器闭环系统。该整流器在控制策略上采用数字型双闭环PI算法,并选用DSP芯片和相应的高速数据采集电路、驱动和保护电路等实现闭环控制。给出了整流器硬件的拓扑、控制系统结构及软件程序流程,然后在基于TMS320F2812的控制平台上,得出了相关电压电流波形。实验证明,该整流器具有输入功率因数高、输出直流电压稳定、谐波污染较小等优点,基本满足应用于电池储能系统的相关技术要求。

基于载波移相调制的模块化多电平电池储能系统直流侧建模

载波移相调制是模块化多电平电池储能系统中广泛应用的一种调制方式。本文针对载波移相调制和电池储能系统的直流侧进行了理论研究,提出了N+1调制和2N+1调制两种不同的载波移相调制方式的数学模型,发现载波周期内相开通模块数及其持续时间仅与调制比和桥臂模块数相关。基于此建立了模块化多电平电池储能系统直流侧的等效模型,发现系统直流侧可以用两个电压源和一个开关等效,其参数仅与调制比和桥臂模块数相关。在该模型的基础上,提出了一种桥臂电感取值的方法,可以在系统稳定状态下满足对直流电流纹波的设计要求。最后通过仿真验证了数学模型的准确性以及电感取值方法的有效性。

基于蓄电池储能系统的电网合环技术研究

电网合环操作对于实施定期检修和优化系统运行都具有重要作用。为了在电网相位差或压差过大等不具备合环条件的场合,实现不停电倒负荷、减少停电次数并降低对负荷的不良影响,提出利用储能系统提供过渡电能的方案,达到了保证电网供电连续性的目的,并实现了电网电压和频率调节,为进行不停电合环倒电操作提供了条件。研究了应用于电网合环的蓄电池储能系统拓扑结构,建立了储能系统的数学模型,形成多种工作模式的控制策略,并进行了仿真验证。仿真结果表明了所提技术方案的正确性和可行性。

基于模型预测算法的网侧改进直接功率控制策略研究

为了改善飞轮储能阵列系统网侧变换器在充放电模式下的稳态性能、减少网侧三相电流的谐波含量、加快系统的动态响应,以三相两电平电压型变换器为研究对象,提出了一种基于模型预测算法的网侧变换器改进直接功率控制策略。首先建立了网侧功率预测模型,然后根据上述预测模型计算出了相应的交流侧参考输出电压以使下一采样周期中的功率偏差为零,最后经空间矢量脉宽调制模块生成开关信号控制网侧变换器。此外,该策略采用了直流母线电压平方的外环结构,控制目标是迅速稳定直流母线电压。同时在PSCAD/EMTDC仿真平台对所提控制策略进行了验证。结果表明:与传统直接功率控制策略相比,所提控制策略不仅稳态性能优越、电能质量与预期相符,而且动态响应迅速。