基于部分功率控制的电池储能系统设计

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传统电池储能系统中,单体电池通过串并联组合来满足高压与大容量的需要,然后与高压变流器进行连接。由于单体电池之间容量、内部电阻等参数存在一定的差异性,在充放电时不同电池组的可用容量不一致,导致电池储能系统的整体容量利用不充分。而目前大多数柔性电池储能系统中,系统功率全部通过充放电控制的变流器,造成变流器设计功率较大,成本较高。针对高压大容量电池直接串并联所引起的容量和功率不均衡及充放电控制设备容量偏大的问题,提出了一种利用隔离DC/DC变换器与H桥逆变器进行充放电控制的部分功率控制方案。围绕本文所采用的系统方案对拓扑结构与工作原理进行阐述,并利用功率流向分析了各种工况下系统的容量需求,指出了流过DC/DC变换器的功率与电池组总输出功率占比等于电压差值跟直流母线电压之比,比值较小,证明了系统充放电控制中只对部分功率加以控制,就能够实现系统整体大功率运行,以小控大,变换器容量得到降低。同时可以对各电池组独立控制,能够实现电池组的容量均衡与系统充放电控制。并联侧利采用全桥移相隔离DC/DC变换器,输入侧串联,输出侧并联,组成了并联均衡电路。采用稳压控制策略,维持输出电压稳定,并依据SOC能够合理分配电池的功率,实现SOC均衡。进行参数计算,搭建了实验平台,利用仿真与实验进行了验证。串联侧采用单相H桥逆变器组成系统充放电控制电路。整个电池组额定电压和直流母线电压一致,但是SOC不同电池组输出电压不同,依据H桥输出调节电池组与直流母线电压间的差值实现充放电控制。采用三环控制方式,系统总功率中只有较小的一部分流过H桥,以小控大,实现了系统充放电控制。进行参数计算,搭建平台,通过仿真和实验进行了验证。对隔离DC/DC变换器和单相H桥逆变器建立了小信号模型,利用零极点分布图进行了DC/DC变换器的控制参数设计。给出DC/DC变换器并联端口的输出阻抗特性和H桥逆变器的输入阻抗,利用阻抗比判据进行了系统稳定性分析,给出了系统充放电控制时稳定运行的H桥控制参数,并进行了仿真验证。
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