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1、微电网储能系统的设计设计了一种适用于380V交流微电网的锂电池组储能系 统。该系统核心是具备功率双向流动功能的双向DC-DC变换 器和双向DC-AC变换器的主电路及其控制部分。在 Matlab/Simulink平台下进行了储能系统数值仿真，结果表 明两变换器主电路及其控制部分各项指标满足要求，可行性 强；最后通过试验，验证该系统相关指标满足微电网并网、 孤岛工作模式下电能质量要求，系统运行安全可靠。在全球日益严重的环境污染和能源短缺问题的背景下， 新能源技术与微电网技术应运而生。结合我国自身现状和国 外经验，将微电网E定义为：通过本地分布式电源(DG)、储 能系统、能量变换装置及相关负荷等组成
2、的特殊电网，在充 分满足本地用户对电能质量和供电安全要求的基础上，实现 电网的并网、孤岛模式运行。并网模式指微电网与主网并 联运行时，向主网输出或吸收能量，主网控制频率和电压等 重要电能质量指标；孤岛模式指微电网管理系统进行孤岛检 测，发现主网含分布式电源的微电网运行与优化控制的合 作研究(国家国际科技交流与合作专项)资助项目 (2010DFB63200)，山西省高等学校中青年拔尖创新人才支持 计划资助，山西省电力公司科技项目支持。故障或电能质量不满足要求时，微电网可以与主网断开 独立运行。此时，由本地微电源或储能系统向负荷供电，电 压和频率等重要指标由微电网自身控制。因此，微电网孤岛 运行及
3、其两种模式切换过程中的电能质量问题成为关键。微电网储能系统可以较好地解决此类问题，论文研究的 重点为基于PWM控制技术的双向DC-DC变换器与双向DC-AC 变换器及其控制的锂电池组储能系统。储能系统在其控制下 于孤网模式进行放电，为微电网提供稳定的电压和频率支 持，并网模式下进行充电储存能量。微电网系统结构林施素捕hMU邮x m 我舸*IK-电流程部电嶂檀测株电曲圳 - k ! PWM L 尸J1图I俺咆网储能系怵试蓬黠构设计的储能系统以确保微电网电能质量为目标，系统结 构如图1所示。其中，储能介质的选择至关重要，锂电池组 凭借其安全性能高、能量密度大及动作速度快等特性，成为 大容量储能蓄电
4、的最佳选择，本系统即使用单体标称容量为 50A h的锂电池组作为存储介质。图1中，储能系统控制部分采集微电网相关信息进行系 统计算和充、放电逻辑选择，生成多路PWM信号，对双向DC-DC 变换器和双向DC-AC变换器实施控制，从而对储能系统工作 模式与状态进行选择切换。其中，双向DC-DC变换器在充、 放电过程中作为稳压接口电路调节锂电池组的蓄能和释能。 双向DC-AC变换器将储能系统经LC滤波电路与可变负载连 接，最后通过静态开关与主网相联。储能系统建模1.锂电池组数学模型当前的大容量锂电池组研究中，电池组主要采用内阻模 型国。内阻模型将电池组等效为理想电流源与电阻串联。储能系统中，锂电池组
5、的端电压Ub和电池充电状态5SOC(StateofCharge)是系统的重要参量。计算公式为L =桶 + 如_ K+/!0 +汕招p（bR由）I 1 +SOC 土 100式中，A.为锂电;也组内阻；椿为锂电池组开路电 压；此为锂电池组开路电流；K为锂电池组极化 电压；。为容量；为电压系教；E为容量系数=2双向DC-DC变换器由于储能系统通过双向DC-AC变换器与交流母线联接时 需要稳定的直流电压，而锂电池组充放电时出口电压变化幅 度非常大，通常使用双向DC-DC变换器作为接口电路，实现 DC-AC变换器直流侧电压的恒定。本系统选择双向半桥变换 器作为DC-DC主电路。双向DC-DC变换器有充电
6、和放电两种工作模式7。充 电模式时DC-DC变换器工作在buck状态，能量由电网流向 锂电池组，为其充电；放电模式时DC-DC变换器工作在boost 状态，能量由锂电池组流向电网，锂电池组进行放电。3.双向DC-AC变换器双向DC-AC变换器既可以将直流电逆变为三相交流电， 也可以将交流电整流为稳定的直流电。目前，主要有电压源 型和电流源型变换器，电压源型变换器输出电压可控，而电 流源型变换器输出电流可控。对于储能系统来说，一般要求 其输出电压稳定，故本系统选择电压源型变换器7。储能系统控制系统控制主要包括能量管理系统逻辑、双向DC-DC变换 器控制部分和双向DC-AC变换器控制部分，控制系统
7、决定了 储能系统的性能。1.储能系统能量管理工作逻辑微电网能量管理系统(EMS)决定微电网的运行模式，如 图2所示。应当指出，锂电池组的荷电状态SOC不能直接测 量，但是可以通过式(2)求得。艺网电能陂判定图2储能系统能量管理流程图饼能系统井网 整流充电图2中，SOCmax为锂电池组最高荷电状态，即此时锂电池组饱合不可进行充电；SOCmin为锂电池最低荷电状态，此Nf孤I可模式，储能 系统为负荷供电伸催系统停机机用僵能系统孤网 逆变放电倘陋系统限功 率恒施充电并附模主网为 借能系统和负荷供电I储能系统停机2系统停电I储，系统限功状 trt流放电2作关健负荷切除儡能系统果功 率恒压充电I旅能系统限功率 恒压放电2仇荷正常匚作
