電池儲能功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)及其控制策略研究.pdf

1、儲能既可作為發(fā)電單元又可作為負荷單元，獨特的雙向調(diào)節(jié)性能將使其在可再生能源發(fā)電消納中發(fā)揮重要作用。本文以電池儲能為研究對象，基于現(xiàn)階段電池系統(tǒng)的構(gòu)建技術水平，采用VSC模塊并聯(lián)型功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)作為電池儲能系統(tǒng)并網(wǎng)接口，重點研究功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的拓撲控制及儲能運行策略，主要內(nèi)容如下:
　　(1)廣泛收集整理了國內(nèi)外有代表性的儲能技術文獻，歸納了典型儲能技術的基本原理、發(fā)展現(xiàn)狀和需要突破的關鍵技術等。總結(jié)了儲能技術在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)和新能源發(fā)電

2、集成中的應用模式。結(jié)合電池儲能系統(tǒng)的配置方式、電池系統(tǒng)、功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)和系統(tǒng)集成等關鍵技術，探討了面向可再生能源發(fā)電的大容量電池儲能系統(tǒng)構(gòu)建方案。
　　(2)考慮并網(wǎng)隔離變壓器影響，建立了功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)在兩相坐標系下的線性動態(tài)模型，揭示了變壓器對并網(wǎng)功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)性能的影響。重點對比分析了3種典型坐標系下的線性電流控制策略，揭示了dq坐標系PI控制的本質(zhì)及其與αβ坐標系PR控制的關聯(lián);基于傳遞函數(shù)模型對3種坐標系下控制的穩(wěn)態(tài)誤差、動態(tài)響

3、應、抗擾動性能進行了詳細分析。給出了PR調(diào)節(jié)器具有頻率適應性的數(shù)字化實現(xiàn)方案，提高了調(diào)節(jié)器對電網(wǎng)頻率變化的適應性。
　　(3)通過建立不同坐標系下模塊間環(huán)流的線性動態(tài)模型，揭示了環(huán)流產(chǎn)生的機理?；陔p傅里葉分析建立了變流器模塊PWM調(diào)制輸出電壓、電流的頻譜模型，通過建立的頻譜模型研究了模塊間載波交錯運行對功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)共模電壓、并聯(lián)電流和模塊間環(huán)流的影響，揭示了載波交錯運行能夠消除并網(wǎng)電流諧波，提高等效開關頻率的本質(zhì)原因。推導論證了

4、環(huán)流分布式控制規(guī)律和結(jié)構(gòu)的可行性，提出了一種基于分布式結(jié)構(gòu)的高低頻復合環(huán)流抑制策略。
　　(4)采用阻抗建模技術和電路網(wǎng)絡分析方法建立了功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的集中等效電路模型，引入互聯(lián)阻抗比概念，從等效開環(huán)傳遞函數(shù)角度借助奈奎斯特判據(jù)研究了功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)和電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)的交互穩(wěn)定性問題。在功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)和電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)交互穩(wěn)定性分析的基礎上，進一步借助電路串并聯(lián)諧振概念分析了多VSC模塊間、VSC模塊和電網(wǎng)間的諧波交互作用，揭示了模塊間形成諧波交

5、互的潛在原因。從輸入導納的角度對并網(wǎng)VSC控制策略進行設計，提出采用多陷波器組的電網(wǎng)電壓前饋方案，提高了功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)和電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)的交互穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)性能。
　　(5)以配合可再生能源發(fā)電的儲能應用為背景，給出了電池儲能PCS平滑出力波動的控制策略。分析了電網(wǎng)電壓不對稱對功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)并網(wǎng)控制策略相關環(huán)節(jié)的影響，提出采用線電壓檢測的對稱分量提取與鎖相環(huán)技術，以對稱電流控制作為并網(wǎng)控制目標，增強了功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)在電網(wǎng)電壓弱不對稱條件下的運

6、行能力。提出了電網(wǎng)電壓對稱/不對稱跌落條件下儲能功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的統(tǒng)一電壓支撐策略，兼顧正序、負序無功補償;通過限流環(huán)節(jié)的設計，實現(xiàn)正負序電流的合理分配，避免了功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)過流而觸發(fā)保護停機，優(yōu)化了功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)無功容量利用率。
　　(6)搭建了配合可再生能源發(fā)電的電池儲能系統(tǒng)實驗平臺。設計了基于以太網(wǎng)為主干的系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，采用套接字Socket開發(fā)了相關通訊軟件，實現(xiàn)了設備間的信息交互。研制了基于兩VSC模塊并聯(lián)的功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)實驗樣機