退运电池储能系统多模块辅助变流器研究

发布时间：2020-08-26 20:54

【摘要】：近年来,随着能源危机和环境污染问题更加严峻,电动汽车作为清洁交通工具得到了人们的广泛关注。随着新能源汽车产业的发展,未来将有大批动力电池达到退运条件但仍具一定的使用寿命。退运电池可以平抑可再生能源发电功率波动以及进行电网调峰调频,但容量、SOC(State of Charge)等参数不一致性较高。本文对退运电池储能系统进行了研究并针对退运电池的不一致性问题提出多模块辅助变流器的解决方案。首先,分析了退运电池运用于传统储能系统存在的问题,阐述了应用多模块辅助变流器的退运电池储能系统结构。由于辅助变流器电路结构和原理基于电压源型双有源全桥(Dual Active Bridge,DAB)DC-DC变换器实现,对传统移相控制DAB变换器工作原理和工作特性进行了分析。辅助变流器的副边模块存在输出功率耦合现象,为实现副边模块输出电流独立控制,进一步分析了其耦合关系。其次,针对传统移相控制下多模块辅助变流器电流应力和回流功率较大的问题,采用扩展移相对其进行优化控制,分析了扩展移相控制DAB变换器的工作原理和工作特性,采用拉格朗日乘子法对扩展移相在控制域内进行优化,推导出最小电流应力和最小回流功率的控制策略,并分析了辅助变流器在扩展移相优化控制策略下的工作特性。再次,研究了应用多模块辅助变流器的退运电池储能系统电池模块SOC估算方法。当电池容量不一致且辅助变流器与储能变流器同时工作时,采用传统SOC均衡控制策略进行SOC均衡存在稳态误差,针对这一问题提出了考虑容量不一致的SOC均衡策略。退运电池容量衰减速度快且电流采样存在误差会降低SOC估算精度,针对这一问题,提出了电池模块SOC、容量在线校正方案,提高了退运电池模块SOC估算的准确性。最后,搭建单副边模块DAB实验平台,并在其上完成了扩展移相电流应力优化实验和回流功率优化实验。搭建50kW退运电池储能系统样机,利用多模块辅助变流器完成了电池模块容量不一致时的SOC均衡,验证了其拓扑结构和控制策略的可行性,有效提高了电池模块容量不一致时退运电池储能系统的容量利用率。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM46
【图文】：

单级,储能系统,变流器

。池梯次利用的主要应用领域，退运电池应用于储能系统不仅可以充价值，降低储能系统电池成本，还可以缓解退运电池回收压力，减对新能源汽车的发展有重要意义。逡逑电池储能系统关键技术逡逑变流器国内外研究现状逡逑电池储能系统工作过程中，电池组的充放电通过储能变流器实现，网之间的接口设备，其拓扑结构决定了整个储能系统的运行效率，靠运行的重要因素。储能变流器根据结构不同分为以下两种：．逡逑结构逡逑储能变流器直接利用ＤＣ－ＡＣ变流器完成电池组和电网的双向能量交如图１－１所示。逡逑

电池组,变换器,充放电,电池

北京交通大学硕士专业学位论文－２所示。前级是双向ＤＣ－ＤＣ变换器，用于调整电压和充放电电流ＤＣ－ＡＣ变换器，用于实现电池组并网。双向ＤＣ－ＤＣ变换器的引拓扑对直流侧电压范围的限制，电池组可在较宽电压范围内运行。换器会导致开关器件增加，效率有所降低。双级式储能变流器与控制单个电池模块的充放电电流，无法兼顾电池组中电池模块间

电压源,变换器,移相

开关范围减小回流功率［２９］＿和减小电流应力［３１］等方法来提升变换器效率，逡逑通过改变控制策略提升电路响应速度，电压源型双有源全桥ＤＣ－ＤＣ变换器典型拓逡逑扑如图１－３所示。文献［３２］结合双有源全桥ＤＣ－ＤＣ变换器单移相控制、扩展移相逡逑控制、双重移相控制三种控制方案的优点提出一种新的混合控制策略实现全范围逡逑的零电压开关。文献［３３］对扩展移相进行了详细的分析，结合回流功率、软开关逡逑范围以回流功率为目标求解出扩展移相全功率范围传输最优解。文献［３４］分析了逡逑三重移相中三个移相角的关系，根据三个移相角在三维坐标轴中的位置换分为若逡逑干工作模式，分析了每种模式的特性，以电流有效值最小为优化目标求解出了三逡逑重移相的控制域内最优解。文献［３５］通过在双重移相控制的基础上提出了一种基逡逑于模型前馈的电流应力优化方法以同时提高变换器的效率和动态性能。逡逑Ｓｉ邋b6】Ｄｉ邋Ｓ３ｐ邋ｊ邋Ｐ３逦Ｓｓ邋ｐＤｓ邋Ｓ７ｐ］邋Ｄ？逡逑ｌ／ｉ二＝＝二邋Ｃ，逦＾逦０邋＝邋＝邋￣￣Ｕ２逡逑Ｓ＾ｊＤ４逡逑Ｈｉ逦Ｈｚ逡逑图１－３电压源型ＤＡＢ变换器典型拓扑逡逑Ｆｉｇ．邋１邋－３邋Ｔｙｐｉｃａｌ邋ｔｏｐｏｌｏｇｉｅｓ邋ｏｆ邋Ｖｏｌｔａｇｅ－Ｆｅｄ邋Ｄｕａｌ邋Ａｃｔｉｖｅ邋Ｂｒｉｄｇｅ逡逑电流源型双有源全桥邋ＤＣ－ＤＣ邋变换器（Ｃｕｒｒｅｎｔ－Ｆｅｄ邋Ｄｕａｌ邋Ａｃｔｉｖｅ邋Ｂｒｉｄｇｅ，邋ＣＦ－ＤＡＢ）逡逑典型拓扑如图１－４所示，相比电压源型ＤＡＢ有其独特的优点，如输入电压范围更逡逑宽、升压比更高、输入电流纹波更低，这些特性使其适合应用于光伏和储能系统逡逑［３６］。ＣＦ－ＤＡＢ的输入电流可控使其直流输入侧电容更小

【参考文献】