基于级联多电平换流器的链式储能系统控制策略及直流侧谐波抑制策略研究

储能技术是构建以新能源为主体的新型电力系统的关键技术。基于级联多电平换流器的链式储能系统采用与交流电网直连的方式,若干功率模块级联实现交流输出电压的提升。该方案延续了储能设备响应速度快、效率高的特点,同时相较于传统的升压式储能损耗更小、谐波含量更低,尤其适用于大容量储能电站的应用。然而,链式储能系统的拓扑结构决定了其功率模块直流侧有较大的电流二次谐波,该谐波直接注入电池系统将导致电池系统高频率充放电,严重影响电池的使用寿命,降低储能系统的可靠性;国内外现有研究中,功率模块可以通过无源滤波设备与电池系统进行连接,一定程度上降低了电池侧的电流脉动。研究了基于级联多电平换流器的链式储能系统的控制策略,针对其功率模块直流电流二次谐波含量高的问题,提出了一种利用DC/DC变换器抑制电流谐波的策略,该策略可大幅降低功率模块直流电流二次谐波含量,适用于中压大容量级联多电平链式储能系统。最终,通过仿真和实验验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

高压直挂储能功率变换技术与世界首例应用

从拓扑、控制、设计、实验验证到工程应用,全面论证与评估无变压器直挂电网的链式储能功率变换关键技术问题。提出应对电网电压不平衡、模块故障以及相间电池组均衡的统一零序电压算法及综合集成控制策略,探讨模块间共模电流抑制及电池侧二次脉动电流的平抑问题,研发3相、每相20链节的低压模拟样机,对控制策略进行了全面验证。提出链式储能功率变换系统的优化设计方法,设计并研发了10kV/2MW/2MW×h的大容量链式储能功率变换系统,在国家863计划的支持下,于2014年在深圳宝清储能电站进行了世界首例工程示范应用,目前已经安全运行4年,积累了丰富的运行数据与经验,为链式储能功率变换技术的推广应用奠定了基础。     

多电池组储能系统双向DC-DC变换器的研制

介绍了多电池组储能系统中常用几种电池充放电变换器的主电路拓扑和工作原理,并对与电池连接的双向DC-DC变换器的控制策略进行了研究。研制了一台由3路双向DC-DC变换器和1路双向PWM变流器构成的电池充放电系统,功率为120 kW,能满足3路电池的独立充放电要求。在锂电池储能系统中的实验结果表明,研制的双向DC-DC变换器,具有电池充电、电池放电、孤岛运行和电池互充放电等多种功能,而且充电电流纹波电流小于0.5%,波形平滑,可适用于多组,宽范围电压的电池组的充放电要求。     

多电池组储能系统双向DC-DC变换器的研制

介绍了多电池组储能系统中常用几种电池充放电变换器的主电路拓扑和工作原理,并对与电池连接的双向DC-DC变换器的控制策略进行了研究.研制了一台由3路双向DC-DC变换器和1路双向PWM变流器构成的电池充放电系统,功率为120 kW,能满足3路电池的独立充放电要求.在锂电池储能系统中的实验结果表明,研制的双向DC-DC变换器,具有电池充电、电池放电、孤岛运行和电池互充放电等多种功能,而且充电电流纹波电流小于0.5%,波形平滑,可适用于多组,宽范围电压的电池组的充放电要求.     

链式储能系统共模电流的分析及抑制

链式变换器具有适合用于大容量电池储能系统的结构特点,但是,储能电池较低的能量密度以及变换器功率模块与电池柜间较长的直流连接电缆,为链式储能系统引入了不可忽略的寄生参数,从而导致较大的共模电流,危及功率器件的安全。本文首先建立链式变换器的简化模型,分析链式变换器中共模电压通路及共模电流路径,并估算共模电流峰值,研究链式储能系统共模电流的抑制方法;最后通过仿真和实验验证了分析的正确性。     

基于链式电池储能系统的惯量补偿策略

随着新能源渗透率的不断提高,新能源并网系统呈现出低惯量特性,电力系统频率稳定性降低。在中、高压电网中接入链式电池储能变换器,有利于提高系统的等效惯量。介绍了链式电池储能变换器的主电路拓扑及数学模型,分析了惯量补偿目标和储能容量配置,提出了一种基于链式电池储能系统(BESS)的惯量补偿控制策略。该策略使链式BESS能够响应电网频率的变化,对电网频率变化产生阻尼作用。实验结果证明了所提控制策略的正确性和有效性。     

组合级联式兆瓦级功率调节装置协调控制策略

提出了一种新型组合级联式兆瓦级功率转换系统(PCS)的拓扑结构,它由电池组、隔离型半桥DC/DC变换器和级联式H桥DC/AC变换器组合而成。首先对所选用的隔离型半桥DC/DC变换器的基本原理、电压增益和功率传输特性进行了分析。在此基础上,重点研究了2种变换器的协调控制策略:为实现装置的双向功率交换,DC/DC侧采用移相控制,DC/AC侧采用双环控制;为确保直流侧电容电压恒定,DC/DC侧采用占空比控制,DC/AC侧采用全局直流电压控制;为提高装置响应速度和改善直流侧电容电压品质,将电网侧的实时功率指令前馈给DC/DC侧;为改善装置的启动特性,提出了一种软启动控制策略。在PSCAD/EMTDC环境下建立了基于锂电池储能的PCS模型,应用所提出的一整套协调控制策略,对装置的启动过程、正常调节工况、电池组容量和荷电状态不同等工况进行了仿真。结果表明该装置在所提出控制策略下具有较宽的电压匹配能力,电池状态适应能力强,且控制的响应速度较快,能实现大容量储能和双向大功率调节。     

模块化多电平储能复合变换器SOC均衡策略研究

以物理结构及功能上高度集成为目标的模块化多电平变复合变换器(modular multilevel hybrid converter,MMHC)电池储能系统(battery energy storage system,BESS)可以直接并入中、低压交流电网,相较于其他电池储能系统具有效率更高、成本更低的优点,有利于解决分布式新能源发电侧出力的间歇性和不确定性问题,实现用户侧负荷的削峰填谷.根据MMHC-BESS拓扑结构特点,给出了MHHC-BESS的调制策略,针对多电平变换器电池储能系统中电池组采用安时积分法配合开路电压法对电池荷电状态(state of charge,SOC)估计效果差的问题及MMHC-BESS能量利用率的问题,分别提出了基于扩展卡尔曼的电池模型闭环SOC估计策略及二层SOC均衡策略,实现了MMHC-BESS所有电池组SOC的精确估计及MMHC-BESS的相间、相内所有电池组模块SOC均衡,并搭建了仿真模型,验证了所提SOC估计方法及均衡策略的有效性.     

Cuk变换器在独立光伏发电系统抗扰性优化中的应用

在蓄电池／超级电容混合储能独立光伏发电系统中,为了减小系统体积及提高系统抗扰性,采用单向Cuk变换器代替传统Boost变换器实现光伏电池最大输出功率点追踪,采用双向Cuk变换器代替传统Buck／Boost双向变换器连接储能系统与直流母线。系统仿真分析结果表明,当光伏电池输出功率波动及负载发生突变时,在稳定母线电压及平抑负载功率波动方面,Cuk变换器均有明显优势。     

基于双向零电流开关的分布式储能变换器研究

为提高电池利用率及安全性,分布式储能系统采用高频隔离储能变换器实现低压电池模组到高压直流母线的能量双向传输.为使储能变换器在正反两个方向下均具有较高效率,低压大电流一侧在双向运行时可采用零电流开通和零电流关断,以实现零开关损耗.在分析传统双向全桥DC/DC变换器和LLC谐振变换器存在问题的基础上,提出了一种双向零电流开关储能变换器,通过采用非对称占空比控制,可以实现低压侧在正反向时均具有零电流开关特性,有效减小开关损耗,提高变换器的双向运行效率.分析了变换器的功率传输及电压增益特性,推导了软开关实现条件,并对拓扑结构进行改进以改善电流波形,进一步减小损耗.最后通过仿真和实验验证了拓扑结构及双向零电流开关控制方式的有效性.     

三电平Buck-Boost双向变换器的仿真研究

双向DC-DC变换器因其在提高系统容错能力和降低系统重量等方面有重要应用价值而受到人们广泛重视；三电平变换器由于其低的开关管电压应力，应用在高压场合具有明显优势。本文中提出两种三电平Buck-Boost双向变换器拓扑及其交错互补控制方案，根据占空比及电感电流的不同变换器共有9种不同的工作方式，并以输入输出共地式变换器在D〉0．5下的三种典型工作方式为例，对该类变换器的工作原理进行了阐述，推导了基本关系，通过仿真验证了控制方案的可行性。     

柔性直流换流器拓扑方案研究

对于柔性直流工程,分别采用两电平换流器、三电平换流器、MMC换流器方案等进行了初步设计。对不同方案的功率器件最小级联数进行计算,并对各方案的主要性能,比如:交流谐波、直流谐波、损耗特性、冗余特性、器件数量、技术风险等方面进行分析比较,推荐优先采用MMC换流器方案。     

简析Boost-Buck变换器

本文提出一种新型的Boost-Buck变换器,该变换器具有输入输出电流连续、输出电压可调范围大等优点。由于该变换器的输入电流连续,所以适合于功率因数校正电路,且其实现较为简单。该变换器的输出电压可调范围大,可以大于(或小于)输入电压,这就很好地克服了传统Boost变换器输出电压必须大于输入电压的缺点。理论分析、仿真和实验均验证了该变换器的实用性。     

矩阵式变换器的研制现状与发展方向

介绍了矩阵式变换器的研究状况和发展方向,理论和实验研究证明,这是一种很有发展前途的新型电源变换器。     

三电平稀疏双级矩阵变换器的中点电压分段控制

针对输出级为稀疏三电平结构的双级矩阵变换器这一新型拓扑的中点电压偏移问题,提出了通过调节冗余小矢量的相对作用时间、分段平衡中点电压的控制方法.该方法结合了对称七段式及九段式空间矢量调制技术的优点使得中点电压在任意时刻均无不平衡区域,从而使中点电压偏移问题得到了明显的改善.仿真结果验证了所提出方法的正确性和有效性.     

A new design strategy for DC/DC LLC resonant converter: Concept,modeling, and fabrication

In this paper, a new design procedure for LLC converter has been introduced. In fact, this method is a computer-based design algorithm based on a numerical technique. In the process of designing, the value of the resonant element is obtained by solving the LLC converter fundamental equation. This converter will be controlled by using state feedback, such as output voltage variable. As a matter of fact, in a control system, the change of output voltage (because of load variation) will affect the switching frequency, so the output voltage will be tuned. In the designing process, the fundamental equations of LLC converter are obtained, and the value of the resonant elements is calculated. Also, a comparison analysis is carried out between the proposed and typical methods. The simulation is done to investigate the validity of the proposed method. Moreover, a prototype is manufactured, and the experimental test is done to evaluate its applicability.     

一种适用Boost变换器的无源无损缓冲电路

介绍一种适用于Boost变换器的无源无损缓冲电路，对电路的结构及工作原理进行了分析，并对相关问题进行了讨论。     

轻型功率变换器拓扑结构及其控制技术综述

首先概述了一般意义的功率变换器类型和常规开关型功率变换器拓扑结构。在检索国内外大量文献的基础上,首次提出轻型功率变换器的概念,并总结了业已提出的轻型功率变换器结构和控制方法,即矩阵变换器、减小直流电容的单PWM功率变换器、减小直流电容的双PWM型功率变换器、无直流电容的单PWM型功率变换器、无直流电容的双PWM型功率变换器等5大类。把针对常规功率变换器改进而设计的各种拓扑结构及其控制技术统一起来,以理想功率变换器作为这类装置的研究目标,具有理论和应用指导意义。     

一种新型推挽正激变换器

介绍一种新型的变换器－正激推挽变换器，详细分析了它的工作原理，并将它和其它一些DC／DC变换器做了比较，最后通过仿真和实验证明正激推挽变换器的优点。     

一种Flyback-Boost非隔离型高增益直流变换器

提出一种Flyback变换器与Boost变换器相结合的非隔离型高增益直流变换器。该变换器中的Flyback变换器变压器原边电感和Boost变换器电感共用,Flyback变换器的开关管和Boost变换器开关管共用,Flyback变换器的输出和Boost变换器的输出串联,变压器漏感能量能够回馈到Boost变换器的输出,从而获得高增益高效率特性。电路具有结构简单、开关器件电压应力减少的优点。详细分析了拓扑工作原理、电压增益与效率特性。制作了一台100kHz开关频率/80W负载/24V输入/200V输出的实验样机,样机在轻载下可达到91.6%的效率,实验波形验证了理论分析的正确性。