一種基於多電平變換器的新型混合儲能系統研究

《一種基於多電平變換器的新型混合儲能系統研究》是依託北京理工大學，由高志剛擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：一種基於多電平變換器的新型混合儲能系統研究
• 依託單位：北京理工大學
• 項目負責人：高志剛
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

本課題研究一種基於多電平變換器的新型混合儲能系統，提出了一種均壓電路通用拓撲結構,可實現儲能單體的串聯均壓，有利於提高儲能單元的效率和延長使用壽命；儲能單元結合多電平變換器組成儲能系統，模組化程度較高，可通過增加串聯個數和並聯個數，進一步提高儲能系統容量。由於採用了多電平技術，儲能系統的輸出電壓波形質量高，諧波含量小,可減少或消除對電網的諧波污染，顯著提高系統的控制性能。儲能系統使用了蓄電池和超級電容兩種儲能介質，利用超級電容充放電速度快的特點，實現短時間存儲和釋放能量，彌補蓄電池雖然儲電量高，但瞬時充放電能力較差的缺點。課題研究了儲能系統能量管理策略和最佳化調製算法，提高了系統諧波特性和運行效率，實現了蓄電池和超級電容兩種儲能介質的優勢結合。課題提出的混合儲能系統可用於電力系統、可再生能源發電、電動汽車、電機驅動等場合，達到快速儲存和釋放能量、平抑功率波動、提高能量利用效率的目的。

結題摘要

本課題研究一種基於多電平變換器的新型混合儲能系統，主要工作分為兩個方面。一是結合電力電子基本單元，由電力電子基本單元形成電力電子變換器的拓撲演化規律出發，得出了一種超級電容和蓄電池單體均壓電路的擴展方法，課題中提出了均壓電路的拓撲擴展方法，並針對具體的拓撲結構進行了定量計算分析和仿真、實驗驗證，研究了其高效率、高可靠性和低成本實現方法，有利於實現均壓電路的規模化套用；二是在完成儲能單體均壓電路研製和驗證的基礎上，將基於蓄電池和超級電容的儲能單元與傳統的多電平變換器進行結合，實現了兩種形式儲能單元的充放電控制，通過發揮超級電容功率密度大和蓄電池能量密度高的特點，改善儲能系統的運行性能。本課題的研究成果和形成的實驗樣機可用於電力系統儲能和能量最佳化，以及用於電動汽車等電機頻繁起制動場合，對於提高能量利用率，最佳化系統運行特性具有較好的借鑑和參考意義。 具體取得的研究成果如下： （1）基於電感、電力電子器件構成基本均壓單元，並將基本均壓單元進行串並聯組合，研究其簡化方法，構成了適用於不同單體個數的均壓電路，對其進行了建模分析並完成了實驗樣機； （2）在形成的均壓電路的基礎上，為進一步提高均壓電路運行效率，降低開關損耗，提出了一種具有零電壓開關特性的均壓電路和擴展方法，完成了理論分析和實驗樣機搭建、驗證工作； （3）為進一步降低均壓電路成本，在軟開關均壓的基礎上，進一步改進得出了一種相鄰單元均壓電路並進行了實驗樣機驗證，有利於實現電路成本和均壓特性的均衡； （4）基於提出的均壓電路拓撲結構，結合蓄電池和超級電容儲能單體，形成了儲能單元模組，並構建了多電平儲能系統平台，提出了儲能平台能量的運行策略和控制方法，實驗樣機可以按預期正常運行。 （5）針對多電平變換器中的PWM調製算法進行了分析，利用載波層疊策略完成電壓脈寬調製，同時實現儲能模組的動態均壓，研製完成了可用於電動汽車驅動的實驗樣機。 在課題進展過程中，已發表錄用SCI/EI論文13篇，申請完成專利4項，編寫完成儲能系統控制軟體2套。基於課題基金的支持，已經完成3篇碩士論文(已畢業)。此外還有2篇SCI/EI論文已經完成投稿，2名碩士研究生正在基於本課題開展研究工作。