详情

原文传递智能一体化电站功率变换系统多模式运行控制策略研究

论文题名：	智能一体化电站功率变换系统多模式运行控制策略研究
关键词：	电动汽车;智能充放储一体化电站;并联功率变换系统;多模式运行控制
摘要：	在世界范围能源紧缺、环境污染严重的大背景下，降低交通运输行业能源消耗强度具有重要意义。以电动汽车为主体的新能源汽车具有节能环保的技术特征，发展前景广阔。能源供给设施的配套建设是电动汽车推广的基础，其中电动汽车智能充放储一体化电站充分吸收和融合了充电站、换电站与储能电站优势特点，有效提高了土地、电池、设备的综合利用率。站内功率变换系统作为电网和一体化电站之间的双向能量传输通道，是实现一体化电站安全稳定运行的关键。本文围绕电动汽车智能充放储一体化电站中并联功率变换系统（PCS）多模式运行控制相关技术问题开展深入分析与研究。　　基于LCL滤波结构的双向变换器，以其良好的高频谐波抑制效果以及对电网阻抗变化的宽适应范围，成为大功率、低开关频率应用场合下多模式功率变换系统的理想选择。本文建立了以总电感量、电感分配比、电容值为参变量，以电压谐波衰减系数、电流谐波衰减系数、固有谐振角频率与谐波角频率之比为评价指标的LCL滤波特性分析模型。在推导滤波器参数与电流谐波、谐振频率及电网阻抗之间的定量关系的基础上，结合并网电流各频段谐波源特性分析结果，提出了一种基于多目标加权的LCL参数设计优化方法。该方法在满足滤波性能设计要求的同时，优化了滤波器体积，提高了滤波器对电网阻抗变化的适应范围。此外，分别建立了V2G模式、独立模式下并联LCL滤波器数学模型，对比探究参数差异、电网阻抗和并联数量等因素对系统谐振特性的影响。　　在V2G运行模式下，建立了PCS单元及并联系统数学模型，对基于反馈控制的有源阻尼方案实现谐振峰抑制的机理进行了深入分析。提出了一种基于网侧电感电流外环、逆变侧电感电流内环的双环阻抗重塑策略，同时引入电网电压全前馈以抑制电网背景谐波对并网电流波形质量的影响。针对多PCS单元并网并联系统，提出了一种以电池组SOC均衡和PCS单元视在功率平衡为目标的充放电功率优化分配策略，提高了系统运行可靠性。此外，为进一步分析并网并联系统谐波谐振交互机理及交互特性，建立了计及电网电压前馈控制策略的并联系统诺顿等效模型，推导给出了dq坐标系下并网并联系统稳定性判据。　　在独立运行模式下，建立了PCS单元及并联系统数学模型，采用基于电容电压外环、逆变侧电感电流内环的双闭环控制策略。针对多PCS单元独立并联系统，提出了一种基于多通信总线周波均流和环流阻抗自适应调节瞬时均流的复合控制策略，改善了系统在负载投切、单元投入/退出等大扰动过程中的动态功率均分效果。此外，为进一步分析独立并联系统环流抑制机理及环流特性，建立了计及均流控制策略的并联系统戴维南等效模型，推导给出了dq坐标系下独立并联系统稳定性判据。　　在切换运行模式下，建立了PCS单元及并联系统数学模型，对模式切换瞬间负载电压和并网电流波动的产生机理进行了深入分析，指出实现无缝切换的关键在于保证控制环路与控制指令的平滑过渡。针对切换前后PCS控制模态和工作模态的变化，为抑制切换瞬间负载电压波动和并网电流冲击，提出了一种基于内环指令跟踪、外环软切换的双环无缝切换控制策略，同时实现了多模式运行控制策略的统一。此外，为进一步分析共电流内环控制特性，建立了PCS单元切换运行模式下的内环一致模型，并基于广义奈氏稳定判据，给出了谐振频率稳定域内的电流内环控制器参数选取范围。
作者：	蔡久青
专业：	电气工程
导师：	段善旭;陈昌松
授予学位：	博士
授予学位单位：	华中科技大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文