基于PWM整流器的储能电池模拟系统研究

摘要

储能技术，特别是大规模、大容量储能技术，是解决现代电力系统中可再生能源因其固有的率随机波动性造成并网困难的关键技术，近年来，电动汽车产业的快速蓬勃发展也对储能技术提出了新的要求，然而在储能系统和电动汽车研究过程当中，电池组却有着充放电时间过长，电池参数配置不灵活等诸多不便，在真实的电池组上进行实验通常来说既耗费时间又代价昂贵，使用不当会对实验设备和电池组本身造成的永久性损坏，因此，如果能研究出一种通用电池模拟器，在通用电池模拟器上进行相关的实验和检测变得十分有重要，本文的主要工作和章节安排如下:
　　论文的第一部分介绍了电池模拟器的应用背景和国内外研究状况，提出了现有电池模拟器的不足，然后针对电池模拟器的核心之一的电池模型进行了整理和分析，研究了每种模型中电池的电压、电流、SOC等参数的变化的特点和应用场景，并通过仿真得出了每种模型下电池的放电特性曲线，和真实电池的放电特性曲线相对比之后，选取了通用电池模型和三阶等效模型作为电池模拟器的内部计算模型。
　　其次介绍了电池模拟器的工作原理，结合电池模拟器的直流侧宽电压输出范围要求确定了电池模拟器的拓扑结构，选取T字形三电平作为电池模拟的主要功率单元，分析并建立了三电平PWM整流器的数学模型和直流侧电压控制策略，最后介绍了电池模拟器的软件流程和算法设计，并以PWM整流器为能量转换单元实现了电池模拟器的功能，该电池模拟器可以方便选取电池种类、任意配置电池容量、方便调节电池SOC状态并且能够模拟电池的温度特性。同时为了方便管理和监测电池储能系统的运行状态，设计并实现了该模拟器的实时在线检测管理系统，当电池处于临界充放电状态时给与工作人员提醒，同时在储能电池管理系统上，可以实时在线显示电池电压、电流、SOC等自身状态，除此之外储能电池管理系统还具备对储能电池模拟器一定的配置管理功能，为科研活动大大节省了资金和宝贵的时间，该储能电池管理系统作为人机交互界面和储能电池模拟器相互补充，组成了一套比较完整的体系。
　　最后论文描述了实验平台的设计和搭建，并在实验平台上上完成了电池模拟器的动态实验和稳态实验，并且通过实验验证了温度将对电池性能产生一定的影响，实验最后进行了电池模拟器输出电压的误差分析，证明了该电池模拟器设计的正确性和实用性。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的背景和意义

1．2 国内外储能技术应用现状

1．3 国内外电池模拟器研究现状

1．4 本文的主要工作及章节安排

第2章 储能电池建模分析

2．1 引言

2．2．1 储能电池的主要种类

2．2．2 储能电池的主要特性参数

2．2．3 储能电池的放电特性

2．3 电池的模型分析

2．3．1 理想电池模型

2．3．2 Thevenin等效电路模型

2．3．3 Copetti模型

2．3．4 Randle模型

2．3．5 通用电池模型

2．3．6 三阶等效电路模型

2．4 模型的仿真与对比

2．5 本章小节

第3章 电池模拟器原理与实现

3．1 电池模拟器工作原理

3．2 电池模拟器拓扑结构

3．3 三电平PWM整流器控制策率

3．3．1 三电平PWM整流器数学模型

3．3．2 储能电池模拟器双闭环控制

3．4 电池模拟器算法实现

3．4．1 模拟算法

3．4．2 软件流程设计

3．5 基于LabVIEW的储能电池管理系统

3．5．1 LabVIEW简介

3．5．2 电池模拟器上位机系统开发需求

3．5．3 电池模拟器上位机系统的实现

3．6 本章小结

第4章 实验与分析

4．1 引言

4．2 实验平台设计

4．3 电池模拟器切换负载实验

4．4．1 铅酸电池放电实验

4．4．2 铅酸电池温度实验

4．5．1 铅酸电池充放电实验

4．5．2 锂电池充放电实验

4．5．3 镍铬电池模拟实验

4．5．4 镍氢电池模拟实验

4．6 电池模拟器电压输出控制误差分析

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献