双向DC/DC变换器并联运行控制研究

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近年来,随着以新能源大规模开发利用为特征的新一轮能源变革的蓬勃兴起,需要大容量储能系统来更好地为可再生能源并网提供支持。为满足微电网系统容量的要求以及负载的供电要求,本文将全钒液流电池(Vanadium redox battery,VRB)作为储能单元,通过双向DC/DC变换器(Bidirectional DC/DC converter)连接在直流母线上组成并联储能系统。而并联系统在运行时,模块之间的电流平均分配控制和直流母线侧电压控制至关重要。因此,本文研究了双向DC/DC变换器的并联运行控制技术。主要研究内容如下:首先,对VRB和双向DC/DC变换器进行详细的分析、推导,分别建立了其数学模型,并在MATLAB/Simulink平台进行仿真,验证了模型的有效性。其次,将VRB作为储能单元,双向DC/DC变换器作为接口接入直流母线,组成单体VRB储能模块。充电时,通过控制双向DC/DC变换器对VRB采用先恒流再恒压的充电控制策略,从直流母线获得能量;放电时,采用双向DC/DC变换器的双闭环控制策略来保证输出电压维持和母线电压一致,以一定的功率给负载供电。仿真验证了所用策略的有效性,实现了VRB储能模块的单体控制。然后,将上述由VRB和双向DC/DC变换器构成的储能模块并联,搭建双向DC/DC并联运行的储能系统。在平均电流均流法的基础上,提出了一种改进的平均电流均流法。该方法采用均流环、电压环、电流环的三闭环结构,均流控制器中用于调整电压基准的电流基准来自于理想的输出功率,以此来改善系统动态响应能力及稳压性能。接着,采用Bode图、参数根轨迹分析法详细地分析了基于改进平均电流控制的并联储能系统的稳定性。搭建并联储能系统的仿真模型,进行仿真对比验证。结果表明,该控制方法下,系统均流效果好、动态响应快,并且在考虑输出线阻时,仍可保证直流母线侧电压稳定在理想值。最后,搭建基于TMS320F28335的并联储能系统的半实物仿真平台,进一步验证了所提策略的可行性和有效性。
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