基于蓄电池储能系统的三相双向变流器的研究与实现

摘要

蓄电池储能系统具有体积小、使用寿命长、安装灵活等优点，在新能源分布式发电系统和新能源汽车等诸多领域得到了广泛的应用。三相双向变流器作为电网与储能系统之间的纽带，肩负着充电和电能回馈的作用，是研究储能系统的关键技术之一。因此，研究储能系统的三相双向变流器具有重要意义。
　　本文首先提出了三相双向变流器的总体设计要求和拓扑结构，并详细分析了AC/DC三相逆变桥SVPWM调制算法。其次研究了双向变流器的并网控制策略，提出了一种判断三相相序的方法；设计了基于d-q变换的全数字锁相环，并详细分析锁相环的工作原理和基本构成模块。然后研究了基于双电压环控制的无源逆变控制策略，具有结构简单，幅值稳定可调，动态性能好和输出电压总谐波（THD）含量低等优点。最后通过建立三相SVPWM整流器在α-β和d-q坐标系下的数学模型，研究了基于α-β坐标变换和基于电流前馈解耦的双闭环三相整流控制策略，实现单位功率因数运行，以及低谐波电流控制。在理论研究的基础上，不仅对各种不同的控制策略在Matlab/Simulink平台上进行仿真分析，而且对双向变流器的硬件系统和软件系统进行了设计，其中硬件系统详细给出了供电电路、主控电路、IGBT驱动电路和采样电路的设计方案。软件系统给出了SVPWM调制算法、数字PI算法、锁相环、无源逆变和并网逆变等程序的流程图。
　　最后，按照设计方案搭建了基于TMS320F28035的双向变流器实验平台，通过一系列的实验不断的对硬件系统和软件系统进行升级优化，仿真和实验结果表明所采用的控制策略和设计方法正确有效，基本实现了双向变流器的各项功能。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文内容安排

第2章 双向变流器总体设计

2.1 双向变流器基本功能与设计要求

2.2 双向变流器主电路拓扑结构设计

第3章 空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术

3.1 SVPWM理论基础

3.2 SVPWM调制原理

3.3 SVPWM调制算法仿真结果及分析

第4章 双向变流器并网逆变控制策略设计

4.1 三相相序判断

4.2 基于d-q变换的全数字锁相环

4.3 并网电流控制

第5章 双向变流器无源逆变控制策略设计

5.1 基于双电压环控制的无源逆变控制策略

5.2 控制策略仿真与分析

第6章 双向变流器SVPWM整流控制策略设计

6.1 基于电流前馈解耦的双闭环三相整流控制策略

6.2 基于α-β坐标变换的双闭环三相整流控制策略

第7章 双向变流器硬件系统设计

7.1 双向变流器硬件系统整体结构设计

7.2 供电电路设计

7.3 主控电路设计

7.4 IGBT驱动电路设计

7.5 采样电路设计

第8章 双向变流器软件系统设计及实验结果

8.1 软件开发环境介绍

8.2 SVPWM调制算法程序

8.3 数字PI算法程序

8.4 锁相环程序

8.5 无源逆变程序及实验结果

8.6 并网逆变程序及实验结果

第9章 总结与展望

9.1 总结

9.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间获得的科研成果

附录