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模块化多电平电池储能系统控制策略研究
| 论文题名： | 模块化多电平电池储能系统控制策略研究 |
| 关键词： | 电动汽车;储能系统;模块化多电平变流器;均衡控制;容错控制 |
| 摘要： | 电动汽车产销数量高速增长，未来将有大量动力电池退运，而这些退运电池可用于储能系统。但是，电池的一致性问题及可靠性问题是制约储能系统的瓶颈。由多模块电力电子单元组成的模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter,MMC)具有扩展灵活、可靠性高、输出谐波小等优点，受到广泛关注。基于以上背景，本文对基于MMC储能系统的电池SOC(State of Charge，SOC)均衡控制与故障容错控制策略进行深入研究。 首先，本文对模块化多电平储能变流器(Battery Energy Storage System based on Modular Multilevel Converter，MMC-BESS)的电池SOC均衡、变流技术等相关技术现状进行简述和分析，然后对MMC-BESS拓扑结构、子模块工作原理、调制技术和基本工作原理进行了分析，建立MMC-BESS的数学模型，分析了三个端口的功率控制方法。 针对梯次利用储能电池模块间SOC与容量不一致的问题。本文在分析了电池不一致性问题以及电池功率独立控制的基础上，采用三级均衡控制策略，包括三相相间均衡、上下桥臂间均衡与桥臂内子模块的均衡，通过引入SOC闭环与基于容量比例的功率调节量修正各级功率指令，最终实现系统所有子模块电池的SOC均衡。 针对退运电池故障率较高的问题，本文提出一种新的故障容错控制策略，当电池故障后通过重新构造故障桥臂子模块的调制波，使得工频周期内故障子模块电容的功率为零，通过电容电压闭环控制保证子模块电容电压稳定在一定范围内，同时承担一定的桥臂输出电压。采用此方法可以减少系统硬件备份，减小系统的硬件成本。 最后，本文搭建了3相24模块MMC-BESS实验样机，对样机的硬件系统设计与选型、程序流程进行了系统的介绍。在该实验样机上对MMC-BESS功率控制、电池模块三级SOC均衡控制策略和不同电流状态下子模块故障时的容错控制策略进行了实验验证，实验结果表明在均衡控制下电池SOC最终趋于一致，在子模块出现故障情况下，采用本文所提故障容错控制策略系统平稳运行。实验结果验证了所提控制策略的有效性。 |
| 作者： | 杨勇 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 梁晖 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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