单级式T型三电平储能变流器的研究和设计

摘要

电力系统中的储能系统具有抑制系统频率波动的作用，蓄电池储能是目前最适合大规模储能的储能方式之一，储能变流器（Power Conversion System，PCS）作为蓄电池和电网之间能量转换的接口，拓扑结构存在多种形式，使用三电平拓扑已经成为行业的发展趋势。因此，本文研究和设计了一种单级式T型三电平PCS。 首先论述了T型三电平PCS主电路的原理以及PCS并网四象限运行原理，建立了T型三电平 PCS并网运行的数学模型，作为控制策略研究的基础。然后研究了三电平SVPWM的原理，设计出了简化的小扇区判断方法，把小扇区用一个代数式表示出来，便于工程应用。最后，以d-q坐标下T型三电平PCS的平均值模型为基础，研究了PCS作为电流源并网时的控制策略，把控制器参数的设计方法用具体公式表示出来。SVPWM和电流闭环控制策略均通过MATLAB中的仿真模型进行了验证。 设计和制作了一台T型三电平PCS样机，变流电路使用了高性能的集成T型三电平IGBT半桥模块和专用驱动器，设计了DSP+CPLD结构的板卡作为控制器，并且设计了驱动转接板卡、采样板卡和开关量输入输出板卡。利用样机搭建了蓄电池储能实验系统，进行了电流闭环并网实验，对驱动脉冲、桥臂输出电压、并网电流波形分别进行了定性和定量分析，实验结果证明文中所提SVPWM和电流闭环控制策略是正确和可行的，也为以后基于PCS的拓展研究打下了基础。 本文设计的PCS样机将被用于实验室正在建设的“含风机模拟器和储能装置的交流微电网实验系统”中。

目录

声明

1 绪论

1.1 论文背景和研究意义

1.2 蓄电池储能变流器的现状

1.3 三电平变流器的研究现状

1.4 论文来源和研究内容

2 T型三电平PCS的原理和数学模型

2.1 T型三电平PCS的电路拓扑

2.2 T型三电平DC/AC电路的原理

2.3 交流侧滤波器的原理

2.4 PCS四象限运行原理

2.5 T型三电平PCS的数学模型

3 T型三电平PCS的SVPWM策略

3.1 三电平SVPWM的原理

3.2 基于I扇区的三电平SVPWM实现方法

3.3 仿真分析

4 T型三电平PCS的并网控制策略

4.1 PQ控制

4.2 下垂控制

4.3 恒压和恒流充电控制

4.4 仿真分析

5 T型三电平PCS样机设计和实验

5.1 硬件电路设计

5.2 控制软件设计

5.3 实验验证

6 总结和展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢