10kW钒液流储能双向变流器研制

摘要

储能技术的迅速发展，使新能源分布式发电系统大规模并网运行成为可能。钒液流电池作为一种新型环保储能电池，在储能系统中具有广阔的市场应用前景。储能变流器作为电网与储能载体之间的电气接口，关系到整个储能系统的安全稳定运行。因此，对钒液流储能双向变流器的研究具有重要意义。
　　本文首先提出了10kW钒液流储能双向变流器的总体设计方案，选定双向半桥DC/DC拓扑和带LCL滤波器的双向三相桥式DC/AC拓扑构成的多级型储能变流器结构，并简要分析了电路的工作原理。重点研究带LCL滤波器的DC/AC级运行于并网模式时的控制策略，建立其在dq同步旋转坐标系下的数学模型，由LCL滤波器无源阻尼方案经过系统结构框图等效变换，引出滤波电容电流与并网变流的双闭环控制策略，并对dq两轴进行解耦控制。研究基于期望频率特性的电流双闭环控制器的设计方法，重点分析当系统参数发生变化时，对系统稳定性的影响。提出的设计方法在已知系统参数的情况下，可以准确的计算出内外环的控制器参数，在保证系统性能的同时使系统具有一定的鲁棒性。在理论研究的基础上，对储能变流器的硬件系统和软件系统进行了设计，包括对主电路参数的计算、对DC/DC控制系统和DC/AC控制系统的设计、对外围功能电路的设计、对控制软件的设计以及对上位机界面的设计等。其中详细给出了采样、信号调理、IPM接口、时序控制、保护、状态指示、通讯接口、辅助电源系统等硬件电路的设计方案，详细给出了系统主程序、主中断、通信中断、启停时序、分相启动、单同步坐标系软件锁相环、采样处理、数字PID控制器、参数归一化SVPWM调制算法等软件程序的工作流程。最后，按照设计方案搭建组装了一台10kW钒液流储能双向变流器样机，在调试过程中不断对系统进行优化升级，并进行了一系列实验。
　　仿真实验与样机实验证明所采用的控制策略与设计方法正确有效，储能变流器系统能够在并网逆变、孤网逆变和并网整流三个模式下稳定运行，基本实现了系统的各项功能。

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第1章 绪论

1. 1 课题研究背景及意义

1. 2 储能变流器的研究现状

1. 3 论文主要研究内容

1. 4 论文结构安排

第2章 1 0 kW钒液流储能双向变流器总体设计

2. 1 储能双向变流器基本功能与设计要求

2. 2 储能双向变流器系统基本架构

2. 3 钒液流电池储能系统简介

2. 4 双向DC/DC电路拓扑结构及工作原理

2. 5 双向DC/AC电路拓扑结构及工作原理

2. 6 本章小结

第3章 储能双向变流器的数学模型及控制策略研究

3. 1 带LC L滤波器的并网逆变器数学模型

3. 2电流双闭环解耦控制策略

3. 3 控制器参数设计与系统性能分析

3. 4 仿真验证

3. 5 本章小结

第4章 双向储能变流器硬件系统设计

4. 1 双向储能变流器主拓扑结构及系统参数

4. 2 主电路参数计算

4. 3 控制系统设计

4. 4 外围功能电路设计

4. 5 本章小结

第5章 储能双向变流器软件系统设计

5. 1 软件开发环境介绍

5. 2 储能双向变流器软件控制流程

5. 3 上位机界面设计

5. 4 本章小结

第6章 实验结果及其分析

6. 1 驱动与锁相环实验结果及分析

6. 2 无源逆变实验结果及分析

6. 3 并网逆变实验结果及分析

6. 4 并网整流实验结果及分析

6. 5 本章小结

第7章 总结与展望

7. 1总结

7. 2展望

参考文献

致谢

附录：钒液流储能双向变流器实物图

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