基于混合储能的配电系统电子电力变压器研究

摘要

现代电力系统中，负荷种类和电源形式发生了深刻变化，用户对电能质量和供电可靠性的要求越来越高。电子电力变压器作为一种新型的电能转换设备，从功能上对变压器进行了革新，能够改善配电电能质量。但是，电子电力变压器不存在专门的能量存储单元，无法对电网中的供电中断和电压跌落做出补偿。而供电中断和电压跌落已经被认为是影响许多电力设备安全、稳定运行的最严重的动态电能质量问题。因此，对应用储能技术的电子电力变压器进行研究，对提高供电可靠性，保证用电设备的安全、稳定运行有重要意义。
　　首先，对配电电子电力变压器的拓扑结构和工作原理进行阐述，结合现代电力系统中出现的电能质量问题，分析其在配电系统中应用的特点和对电能质量的调节与控制能力，指出其无法应对供电中断和电压跌落的不足。在分析三相VSC(Voltage SourceConverter，电压源变换器)数学模型的基础上，建立了AC/DC/AC三级式电子电力变压器的数学模型并针对每一级设计了控制策略，通过仿真验证了各级的性能。
　　然后，结合蓄电池和超级电容的特点，对两种储能设备采取优势互补，组成混合储能系统应用到电子电力变压器中，研究混合储能系统对电压中断和电压深度跌落的补偿作用。针对在电子电力变压器中的具体应用，详细分析了混合储能系统的工作模式，设计了混合储能系统的能量管理策略。对于混合储能系统中能量管理的关键—双向直流变换器，详细推导了其在Buck和Boost两种模式下的数学模型，结合其不同的工作模式，对蓄电池和超级电容双向直流变换器的控制器进行了设计。
　　最后，在不同供电中断和电压跌落持续时间条件下，考虑负载对能量的需求，对储能容量进行了设计。利用Simulink仿真软件搭建基于蓄电池超级电容混合储能的电子电力变压器仿真模型，分别对稳定运行、电网电压中断和电压跌落三种工况进行仿真分析。结果表明所设计的电子电力变压器具有良好的性能，作为配电应用，能够满足敏感负荷对高质量电能的需要。通过对蓄电池和超级电容进行灵活控制，蓄电池的充放电过程得到了优化。与无储能环节的电子电力变压器相比，应用了蓄电池超级电容混合储能系统的电子电力变压器能够实现对负载需要的功率和能量的补偿，提高供电可靠性，保证用电设备的安全、稳定运行。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 EPT的研究现状

1．2．2 蓄电池与超级电容混合储能的研究现状

1．3 混合储能技术在电力系统中的应用概述

1．4 主要研究内容

2 EPT工作原理及电能质量问题分析

2．1 EPT的基本工作原理

2．2 EPT的分类

2．2．1 交流电子电力变压器

2．2．2 直流电子电力变压器

2．2．3 交直流混合电子电力变压器

2．3 电力系统电能质量问题分析

3 EPT电能质量调节原理及建模与控制

3．1 常规电能质量调节装置分析

3．1．1 动态电压恢复器

3．1．2 统一电能质量调节器

3．2 基于EPT的电能质量调节

3．3 VSC通用数学模型

3．4 FPT的数学模型及控制策略

3．4．1 输入级数学模型及控制

3．4．2 隔离级数学模型及控制

3．4．3 输出级数学模型及控制

4 基于混合储能的EPT研究

4．1 基于蓄电池超级电容混合储能的EPT主电路结构

4．2 混合储能系统工作模式分析

4．3 混合储能系统能量管理策略

4．3．1 双向DC／DC变换器的数学模型

4．3．2 混合储能系统控制策略

4．4 混合储能系统储能容量设计

4．5 基于蓄电池超级电容混合储能的EPT仿真实验

4．5．1 仿真模型及系统参数

4．5．2 EPT稳定运行仿真及结果分析

4．5．3 电网电压中断工况仿真及结果分析

4．5．4 电网电压跌落工况仿真及结果分析

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果