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微网中双向DCDC储能变流器的仿真研究

 2022-11-04 10:11  

论文总字数:15260字

摘 要

为了使微网系统中的电压和功率更加稳定,减小由分布式电源引起的波动,需要通过储能系统削峰填谷。储能系统通过在发电高峰时吸收能量并存储,在低谷时进行补偿,维持电网功率平衡。储能系统由储能电池、电池管理系统、储能双向变流器和储能监控系统。本文主要研究储能变流器,其连接储能系统与电网,保证能量双向流通。

本文首先介绍了储能电池的种类和储能技术的应用。总体说明了储能技术在微网中的应用现状以及美、欧、日、中各国对微电网的重视,并且列举了其中一些示范工程和著名企业;其次简单介绍了储能变流器单级式和双级式两种拓扑结构,分析比较优缺点。接着学习研究了双向DC/DC变换器在微网中的原理作用和实际应用,列举在不同电压等级的储能电池系统中合适采用的BDC拓扑结构。本文选择一种由一个简单的升压变换器和一个C型开关单元组成的混合型变换器,首先简单介绍其拓扑结构,给出该变换器工作在降压模式和升压模式两种情况下的等效电路,并推导其数学模型。在控制方面采用以电压为外环,电感电流为内环的双闭环控制策略,并给出在两种模式下的闭环设计。最后通过Simulink进行仿真,验证其可行性。

关键词:储能系统;双向DC/DC变换器;储能变流器

Abstract

In order to make the voltage and power in the microgrid system more stable and reduce the fluctuations caused by distributed power sources, energy storage systems are needed to cut the peaks and fill the valleys. The energy storage system maintains the grid power balance by absorbing energy during peak generation and storing it, and compensating it in the trough. The energy storage system consists of energy storage battery, battery management system, energy storage bi-directional converter and energy storage monitoring system. This paper focuses on the energy storage converter, which connects the energy storage system with the grid and ensures the bi-directional flow of energy.

This paper first introduces the types of energy storage batteries and the applications of energy storage technology. The current situation of energy storage technology in microgrid and the importance of microgrid in the US, Europe, Japan and China are generally explained, and some demonstration projects and famous enterprises are listed; secondly, two topologies of single-stage and two-stage energy storage converters are briefly introduced, and the advantages and disadvantages are analyzed and compared. Then we study the principle role and practical application of bi-directional DC/DC converter in microgrid, and list the suitable BDC topologies in different voltage levels of energy storage battery systems. In this paper, a hybrid converter consisting of a simple boost converter and a C-type switching unit is selected, and its topology is firstly briefly introduced, the equivalent circuit of the converter operating in both buck mode and boost mode is given, and its mathematical model is derived. In the control aspect, a dual closed-loop control strategy with voltage as the outer loop and inductor current as the inner loop is adopted, and the closed-loop design in both modes is given. Finally, simulations are performed by Simulink to verify its feasibility.

Keywords:Energy storage system;Bidirectional DC/DC converter;Energy storage converter

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究意义 1

1.2 本文主要研究内容 2

第二章储能技术 3

2.1储能技术在微网应用现状 3

2.2 储能变流器拓扑结构 4

第三章 双向DC/DC变换器 7

3.1 直流微网中双向DC/DC变换器研究现状 7

3.2 双向DC/DC变换器原理及数学模型 7

第四章 储能变流器控制策略研究 13

4.1 BDC在Buck电路下的闭环设计 13

4.2 BDC在Boost电路下的闭环设计 14

第五章 储能变流器控制策略的仿真验证 15

5.1 仿真模型的建立 15

5.2 仿真实验 17

第六章 结论与改进 20

致谢 21

参考文献 22

第一章 绪论

1.1 课题研究意义

清洁能源,相较于传统煤炭、石油等不可再生能源,其环保、可再生的特点正逐步被世界重视。当人们对电量的需求越来越大,但传统煤炭、石油等不可再生资源不仅储量有限,而且对环境污染较大。为了可持续发展,爱护唯一的地球,各国相继将目光投向可再生的清洁能源,例如风能。

风的产生是地球上的一种普遍的自然现象,由太阳辐射热产生。当太阳照射地球表面,由于自转和地形的原因,地球表面各处受热均不同,因而区域之间产生温差,从而引起大气的对流运动形成风。风能即风的动能,当空气流通推动发电机转子旋转时,就可以将风能转换成我们需要的电能。全球的风能总量约为2.74X109MW,其中可利用的风能为2X107MW。利用风力发电虽然可持续且无污染,但是也因为风速的原因不够稳定。除此之外水能、太阳能等清洁能源也都存在相似的问题。

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