具备微网功率调节功能的储能变流器的研究

摘要

随着化石能源的逐渐枯竭，分布式发电得到了广泛应用。但分布式发电的过多引入，给主电网带来了一些不利的影响。为了解决主电网与分布式电源之间的矛盾，微电网的概念得以提出。微电网中的储能系统对于微电网的安全稳定运行起着重要的作用，通过储能系统可以起到削峰填谷，平抑功率波动，改善电能质量的作用。整个储能系统中最核心的部分就是储能变流器。
　　本文所研究的是具备微网功率调节功能的储能变流器，在查阅大量的相关资料后，首先对课题研究的相关背景，研究现状以及意义作出了一个详细的说明，介绍了单级型和双级型储能变流器的拓扑结构以及各自的优缺点，对比了两电平和三电平电路，阐述了三电平电路的优势，最终本论文以双级型三电平电路为基础对储能变流器进行相应的设计。由于在传统矢量控制方式下的储能变流器缺乏惯量、阻尼，其难以参与电网频率调节的问题日益突出，所以本次储能变流器的设计将采用基于虚拟同步发电机的思想，利用虚拟同步发电机来模拟同步发电机的一些特性，从而产生相应的惯量和阻尼分量，使变流器具有自动功率分配、调频调压、与电网运行相同步的功能。最后介绍了功率调节的控制策略，同时对如何保持系统的稳定性进行了分析。
　　最后根据微网功率调节的目标，完成硬件软件的设计。硬件部分主要完成选取恰当的电路元器件，设计相关电路，如采样电路，保护电路，驱动电路等，通过TMS320F28335数字信号处理器的控制，完成对整个系统的硬件部分设计;软件部分主要完成对主程序，中断服务程序，虚拟同步发电机算法程序的设计。本文提出的具备微网功率调节功能的储能变流器，具有重要的经济价值以及社会价值，值得大力推广。

目录

声明

摘要

1 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 储能系统在微电网中应用的优势

1．4 储能系统的分类

1．4．1 蓄电池储能

1．4．2 超导储能

1．4．3 飞轮储能

1．5 论文的结构安排

2 储能变流器的基本结构

2．1 储能变流器的划分

2．1．1 单级型储能变流器

2．1．2 双级型储能变流器

2．2 双向AC-DC变流器的设计

2．2．1 二极管钳位式NPC三电平电路拓扑

2．2．2 三电平电路的优势

2．3 双向DC-DC变流器的设计

2．4 本章小结

3 储能变流器的设计思想

3．1 虚拟同步发电机思想的引入

3．2 同步发电机模型的建立

3．3 虚拟同步发电机模型(VSG)

3．4 虚拟同步发电机的功角特性

3．5 本章小结

4 储能变流器控制策略

4．1 频率和有功功率的调节

4．2 电压和无功功率的调节

4．3 保持系统稳定性的策略

4．4 双向DC-DC变流器的控制策略

4．4．1 Buck工作模式

4．4．2 Boost工作模式

4．5 本章小结

5 储能系统硬件软件设计

5．1．1 功率器件的选择

5．1．2 网测滤波器的设计

5．1．3 双向AC-DC变流器直流侧电容的选择

5．2 双向DC-DC变流器主要参数设计

5．2．1 双向DC-DC变流器直流侧升压电感设计

5．2．2 双向DC-DC变流器电路中电容的设计

5．3 控制器的选择与硬件电路设计

5．3．1 控制器的选择

5．3．2 信号采样调理电路

5．3．3 保护电路

5．3．4 IPM驱动电路

5．3．5 通信电路

5．4 软件设计

5．4．1 主程序的设计

5．4．2 中断服务程序设计

5．4．3 虚拟同步发电机算法设计

5．5 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果