锂电池储能系统的关键技术研究

摘要

储能系统在电力系统中尤为重要，相比于飞轮储能，压缩空气储能及抽水储能等物理储能技术，以化学能作为储能介质的电池储能技术更具有实用价值。电池储能技术中，因锂电池具备其独特的优势，成为了当今储能系统研究的焦点。本文是基于锂电池组的集中式储能系统，具备工作模式灵活，能量密度高，可持续发展的优点。
　　文章从储能系统中的储能逆变器以及电池管理系统两个方面，详细研究了储能系统。
　　文章的第一章介绍了储能系统的意义及研究现状，描述了常见的两电平及三电平拓扑结构，并同时分析了几种拓扑结构的优缺点，与此同时，文章还介绍了储能系统的电池管理系统。
　　三电平拓扑结构具备交流侧输入输出更加正弦化，等效开关频率降低，以及一些三电平拓扑结构可应用在高电压场合等十分显著的优点，成为了当下研究的热点。文章的第二章提出了一种针对三电平拓扑结构的简化控制方法，该方法较为简单，高效，并且适合DSP等离散器件。一方面实现了三电平拓扑结构下功率模块的控制，另一方面极大地降低了控制复杂度。
　　文章的第三章详细介绍了储能逆变器的电流内环的控制系统，并以电流内环为基础，介绍了多种外环控制技术。通过运用不同的基于电流内环的控制系统，实现了储能逆变器的多种功能，如恒交/直流电压模式，恒交/直流功率模式等。
　　文章的第四章，介绍了在大电网与微电网中，储能逆变器相关的关键技术，可以让单台，多台储能逆变器运行在大电网或者微电网中，同时涉及到微电网与大电网的转换问题。为了验证一些理论的正确性与可行性，文章列举了一些实验的实验结果。
　　在电池管理系统方面，文章的第六章描述了电池管理系统的功能与作用，并详细介绍了SOC估计及电池均衡两个方向。针对SOC，文章提出了一种更加简便的算法，同时具备较高的估算精度。对于电池均衡，文章提出了一种基于电感的薪型均衡电路，具备电路结构简单，易于控制的优点。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 产生背景及意义

1．2 储能系统的国内外现状

1．3 储能系统结构

1．3．1 集中式储能系统

1．3．2 组串式储能系统

1．4 储能逆变器的研究现状

1．4．1 两电平拓扑结构

1．4．2 三电平拓扑结构

1．4．3 功率模块的空间矢量调制

1．5 电池管理系统的研究现状

第二章 储能逆变器功率模块的13空间矢量调制

2．1 13空间矢量调制策略

2．2 13空间矢量调制中性点的平衡

2．3 13空间矢量调制实验验证

第三章 储能逆变器的控制系统

3．1 电流内环控制

3．1．1 数学模型的建立

3．1．2 电流内环控制系统原理

3．1．3 改进型电流内环控制系统

3．1．4 电流内环控制实验验证

3．2 基于有功电流的外环控制

3．2．1 直流电流外环

3．2．2 直流功率外环

3．2．3 交流有功功率外环

3．2．4 微电网中的交流电压外环

3．2．5 基于有功电流的外环的实验验证

3．3 基于无功电流的外环控制

3．3．1 交流无功功率外环

3．3．2 基于无功电流的外环的实验验证

第四章 储能逆变器的离网，并网关键技术

4．1 微电网与大电网间的无缝切换

4．1．1 大电网切换至微电网

4．1．2 微电网切换至大电网

4．1．3 无缝切换的实验验证

4．2 微电网多台逆变器并联

4．2．1 主从控制

4．2．2 下垂控制

第五章 储能电池的管理系统

5．1 电池电压的监测

5．2 电池温度的监测

5．3 电池的荷电状态(SOC)估计

5．4 电池的均衡

5．4．1 新型均衡电路

5．4．2 均衡控制策略

5．4．3 仿真验证

第六章 结论与展望

6．1 研究工作总结

6．2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况