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电池模拟器及其应用

作　者: 谢俊文
导　师: 陆继明
学　校: 华中科技大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 可再生能源发电电池建模电池模拟器电池储能系统优化控制平滑时间常数
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

近年来，随着石油资源日益匮乏和环境问题日趋严峻，可再生能源发电得到了极大的发展。但是，可再生能源（如风能、太阳能等）本身固有的间歇随机和不可控的特点，会对电网的安全稳定运行带来负面影响。在电力系统中配置一定容量的储能系统，有利于平抑功率波动、提高电网稳定性、改善供电质量、发挥电力调峰作用等。开发出一种模拟电池原型外特性的电池模拟器有助于促进对储能技术的研究。本文首先对液流电池、锂电池和铅酸蓄电池进行建模，建立既精确又实用的等效电路模型。在总结了现有电池模拟器拓扑结构的基础上，根据对储能电池的实验和研究需要，本文研究了一种基于DSP和电力电子技术的数字式通用型电池模拟器。采用三相电压型PWM变换器(VSC)作为拓扑，该模拟器可以模拟不同种类、不同参数、不同工况的电池外特性。随后本文给出了该模拟器的具体的软、硬件设计方案，并研制出电池模拟器样机。最后仿真和实验结果表明该装置能够精确模拟多种电池的充、放电工况，设计可行，性能效果良好。在所研制的通用型电池模拟器装置上，作为电池模拟器的应用，本文还进行了电池储能系统优化控制的应用研究。围绕基于电池储能系统的风力发电系统并网安全稳定运行问题，本文总结了现有的风力发电并网控制算法和电池储能系统控制方法。针对现有方法的不足，本文提出基于变平滑时间常数和功率限幅的优化控制方法。该方法能够根据电池储能系统的荷电状态(SOC)实时调整平滑时间常数，避免电池的满充、过放、过载，有效地延长储能系统的寿命。同时给出了储能并网逆变器的软、硬件设计方案。最后搭建了样机并且应用电池模拟器进行了实验，实验结果表明变平滑时间常数优化控制方法能够更好兼顾并网功率平滑度和电池储能系统的保护。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
1 绪论  8-20
  1.1 课题背景及意义  8-10
  1.2 储能技术研究现状  10-13
  1.3 电池模拟器的研究现状  13-16
  1.4 电池储能系统控制方法的研究现状  16-18
  1.5 论文的主要工作及章节安排  18-20
2 储能电池的分析与建模  20-29
  2.1 引言  20-21
  2.2 液流电池  21-24
  2.3 锂离子电池  24-26
  2.4 铅酸蓄电池  26-28
  2.5 本章小结  28-29
3 电池模拟器的设计与实现  29-44
  3.1 电池模拟器的工作原理  29
  3.2 电池模拟器的拓扑结构  29-31
  3.3 电池模拟器的硬件系统  31-37
  3.4 电池模拟器的软件系统  37-43
  3.5 本章小结  43-44
4 电池模拟器的仿真与实验  44-55
  4.1 液流电池模拟器  44-50
  4.2 锂电池模拟器  50-52
  4.3 铅酸蓄电池模拟器  52-54
  4.4 本章小结  54-55
5 并网电池储能系统的优化控制  55-65
  5.1 定平滑时间常数的电池储能系统控制方法  55-57
  5.2 变平滑时间常数的电池储能系统优化控制方法  57-61
  5.3 储能并网逆变器的设计与实现  61-64
  5.4 本章总结  64-65
6 基于电池模拟器的并网电池储能系统优化控制实验研究  65-72
  6.1 不同控制方法对比实验  67-68
  6.2 不同电池储能系统对比实验  68-69
  6.3 小容量电池储能系统实验  69-71
  6.4 实验结果分析  71
  6.5 本章小结  71-72
7 总结及展望  72-74
  7.1 全文总结  72-73
  7.2 研究展望  73-74
致谢  74-75
参考文献  75-80
附录 1 攻读硕士学位期间发表的论文及申请的专利  80-81
附录 2 攻读硕士学位期间参与的科研项目  81

电池模拟器及其应用

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