智能一體化電站功率變換系統(tǒng)多模式運(yùn)行控制策略研究.pdf

1、在世界范圍能源緊缺、環(huán)境污染嚴(yán)重的大背景下，降低交通運(yùn)輸行業(yè)能源消耗強(qiáng)度具有重要意義。以電動(dòng)汽車為主體的新能源汽車具有節(jié)能環(huán)保的技術(shù)特征，發(fā)展前景廣闊。能源供給設(shè)施的配套建設(shè)是電動(dòng)汽車推廣的基礎(chǔ)，其中電動(dòng)汽車智能充放儲(chǔ)一體化電站充分吸收和融合了充電站、換電站與儲(chǔ)能電站優(yōu)勢特點(diǎn)，有效提高了土地、電池、設(shè)備的綜合利用率。站內(nèi)功率變換系統(tǒng)作為電網(wǎng)和一體化電站之間的雙向能量傳輸通道，是實(shí)現(xiàn)一體化電站安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。本文圍繞電動(dòng)汽車智能充放儲(chǔ)

2、一體化電站中并聯(lián)功率變換系統(tǒng)（PCS）多模式運(yùn)行控制相關(guān)技術(shù)問題開展深入分析與研究。
　　基于LCL濾波結(jié)構(gòu)的雙向變換器，以其良好的高頻諧波抑制效果以及對電網(wǎng)阻抗變化的寬適應(yīng)范圍，成為大功率、低開關(guān)頻率應(yīng)用場合下多模式功率變換系統(tǒng)的理想選擇。本文建立了以總電感量、電感分配比、電容值為參變量，以電壓諧波衰減系數(shù)、電流諧波衰減系數(shù)、固有諧振角頻率與諧波角頻率之比為評價(jià)指標(biāo)的LCL濾波特性分析模型。在推導(dǎo)濾波器參數(shù)與電流諧波、諧振頻率及

3、電網(wǎng)阻抗之間的定量關(guān)系的基礎(chǔ)上，結(jié)合并網(wǎng)電流各頻段諧波源特性分析結(jié)果，提出了一種基于多目標(biāo)加權(quán)的LCL參數(shù)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法。該方法在滿足濾波性能設(shè)計(jì)要求的同時(shí)，優(yōu)化了濾波器體積，提高了濾波器對電網(wǎng)阻抗變化的適應(yīng)范圍。此外，分別建立了V2G模式、獨(dú)立模式下并聯(lián)LCL濾波器數(shù)學(xué)模型，對比探究參數(shù)差異、電網(wǎng)阻抗和并聯(lián)數(shù)量等因素對系統(tǒng)諧振特性的影響。
　　在V2G運(yùn)行模式下，建立了PCS單元及并聯(lián)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，對基于反饋控制的有源阻尼方案實(shí)現(xiàn)

4、諧振峰抑制的機(jī)理進(jìn)行了深入分析。提出了一種基于網(wǎng)側(cè)電感電流外環(huán)、逆變側(cè)電感電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)阻抗重塑策略，同時(shí)引入電網(wǎng)電壓全前饋以抑制電網(wǎng)背景諧波對并網(wǎng)電流波形質(zhì)量的影響。針對多PCS單元并網(wǎng)并聯(lián)系統(tǒng)，提出了一種以電池組SOC均衡和PCS單元視在功率平衡為目標(biāo)的充放電功率優(yōu)化分配策略，提高了系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。此外，為進(jìn)一步分析并網(wǎng)并聯(lián)系統(tǒng)諧波諧振交互機(jī)理及交互特性，建立了計(jì)及電網(wǎng)電壓前饋控制策略的并聯(lián)系統(tǒng)諾頓等效模型，推導(dǎo)給出了dq坐標(biāo)系下并

5、網(wǎng)并聯(lián)系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù)。
　　在獨(dú)立運(yùn)行模式下，建立了PCS單元及并聯(lián)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，采用基于電容電壓外環(huán)、逆變側(cè)電感電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制策略。針對多PCS單元獨(dú)立并聯(lián)系統(tǒng)，提出了一種基于多通信總線周波均流和環(huán)流阻抗自適應(yīng)調(diào)節(jié)瞬時(shí)均流的復(fù)合控制策略，改善了系統(tǒng)在負(fù)載投切、單元投入/退出等大擾動(dòng)過程中的動(dòng)態(tài)功率均分效果。此外，為進(jìn)一步分析獨(dú)立并聯(lián)系統(tǒng)環(huán)流抑制機(jī)理及環(huán)流特性，建立了計(jì)及均流控制策略的并聯(lián)系統(tǒng)戴維南等效模型，推導(dǎo)給出了dq坐

6、標(biāo)系下獨(dú)立并聯(lián)系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù)。
　　在切換運(yùn)行模式下，建立了PCS單元及并聯(lián)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，對模式切換瞬間負(fù)載電壓和并網(wǎng)電流波動(dòng)的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了深入分析，指出實(shí)現(xiàn)無縫切換的關(guān)鍵在于保證控制環(huán)路與控制指令的平滑過渡。針對切換前后PCS控制模態(tài)和工作模態(tài)的變化，為抑制切換瞬間負(fù)載電壓波動(dòng)和并網(wǎng)電流沖擊，提出了一種基于內(nèi)環(huán)指令跟蹤、外環(huán)軟切換的雙環(huán)無縫切換控制策略，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了多模式運(yùn)行控制策略的統(tǒng)一。此外，為進(jìn)一步分析共電流內(nèi)環(huán)控制特性，