基于模塊化多電平變流器的電池儲能系統(tǒng)研究.pdf

1、可再生能源的迅猛發(fā)展對電力系統(tǒng)的的電能質(zhì)量、穩(wěn)定性、容量備用等提出了挑戰(zhàn)。電池儲能技術(shù)以其響應(yīng)快、效率高、相對成熟等特點(diǎn)成為可再生能源高滲透率電網(wǎng)運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一?；谀K化多電平變流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的電池儲能系統(tǒng)具有輸出電壓諧波含量小、開關(guān)器件電壓應(yīng)力小、具備故障容錯能力等優(yōu)點(diǎn)，適用于高壓大容量儲能場合。電池模塊間的不一致引起的“短板效應(yīng)”是制約電池儲能系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性和容量利用

2、率的瓶頸因素，MMC電池儲能系統(tǒng)的模塊化結(jié)構(gòu)有助于降低電池模塊電壓，削弱“短板效應(yīng)”，且通過對子模塊的功率獨(dú)立控制能夠?qū)崿F(xiàn)電池模塊間的均衡。本文針對MMC電池儲能系統(tǒng)及其控制策略開展了以下研究:
　　首先，對MMC電池儲能系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和基本工作原理進(jìn)行了分析，建立了數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)了電池端與交直流端的功率關(guān)系，分析了電池模塊功率與直流環(huán)流及一次交流環(huán)流的關(guān)系，為控制策略的設(shè)計提供理論基礎(chǔ)。
　　其次，在功率關(guān)系分析的基礎(chǔ)上提

3、出了MMC電池儲能系統(tǒng)的功率控制策略，包括交直流端控制及電池模塊功率獨(dú)立控制。本文以零序電壓注入法或控制直流環(huán)流的方法調(diào)整各相總電池功率，通過控制一次交流環(huán)流調(diào)節(jié)上下橋臂電池功率，同時推導(dǎo)了不含零序分量的三相一次交流環(huán)流，通過調(diào)節(jié)子模塊輸出電壓比例再分配橋臂內(nèi)電池模塊功率。仿真驗證了該功率控制策略的有效性。
　　再次，針對電池模塊間荷電狀態(tài)（State of Charge，SOC）不一致的問題，在電池模塊功率獨(dú)立控制的基礎(chǔ)上提出了

4、三級SOC均衡控制策略，包括相間均衡、橋臂間均衡和橋臂內(nèi)均衡，通過引入SOC反饋修正各級功率指令。接著本文分析了各級SOC均衡之間的相互影響。針對子模塊發(fā)生故障情況提出故障容錯運(yùn)行工況下的SOC均衡控制策略。仿真驗證了SOC控制策略在正常及故障容錯工況下的有效性和各級SOC之間的相互影響關(guān)系。
　　最后，本文搭建了3相24模塊的實驗樣機(jī)，對樣機(jī)的軟硬件及控制系統(tǒng)進(jìn)行了介紹。在該實驗樣機(jī)上對電池模塊功率獨(dú)立控制和儲能系統(tǒng)多重化運(yùn)行模