《採用混合級聯多電平變換器的新型儲能充放電控制研究》是依託清華大學，由鄭澤東擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：採用混合級聯多電平變換器的新型儲能充放電控制研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：鄭澤東
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本課題提出一種新型的混合級聯多電平DC/AC電力電子變換器，同時實現對儲能裝置的充放電控制和內部儲能單元的均壓均流控制，可以套用於電動汽車和電力系統儲能等系統中。採用與儲能單元電壓匹配的低壓開關器件和與整個儲能裝置端電壓匹配的功率開關器件兩種電力電子器件，低壓器件電路實現對各個儲能單元的充放電進行獨立控制，可以工作在較高的開關頻率，對輸出電壓幅值進行高精度控制。功率開關器件電路用來改變輸出電壓的極性，開關頻率可以低至基波頻率。該方案避免了儲能單體直接串並聯帶來的均壓和均流問題，提高了儲能單元的壽命和效率。採用多電平變換器，電平變化僅為單個儲能單元的電壓，交流側輸出更接近於交流正弦波，驅動電機時可以提高控制性能，用於電力儲能時可以提高電能質量，減小或者省掉輸出濾波器。該方案還可以實現對多種儲能介質的組合控制，充分發揮各種介質的優點，降低系統成本。
結題摘要
儲能技術是電動汽車普及的重要技術瓶頸之一，同時也是解決新能源發電波動性問題、實現電網低碳經濟運行的關鍵技術之一。因此儲能技術的研究具有重要的意義。儲能技術研究領域中，既需要研發性能夠更好的儲能介質，如可以大功率充放電的電池、高能量密度的超級電容等等，也需要研究電路拓撲和控制策略，實現各模組之間的SOC均衡以充分利用各模組的容量，同時實現不同儲能介質之間的協同配合以充分利用各模組的能量密度、功率密度、最佳工作頻率等特點。本課題主要針對儲能電路的拓撲及其控制方法開展研究工作。 本課題提出了一種新型級聯混合儲能拓撲，該拓撲使用蓄電池和超級電容作為儲能介質。相對於傳統直接將儲能元件串並聯的拓撲，此拓撲能夠輸出諧波畸變極小的電壓和電流，且具有較高的模組化程度，易於擴展、維修和容錯運行，能夠通過輪換充放電實現模組電壓或SOC的均衡。相對於H橋級聯和MMC拓撲，該拓撲又具有成本較低的優勢。因此本課題所提出的拓撲具有較好的套用前景，可以套用於電動汽車、電網儲能等套用場合中。 在新拓撲的基礎上，本課題研究了拓撲的調製算法，並針對三種主要套用研究了相應的控制算法。本課題還針對SOC估計、快速充電、混合儲能的功率分流算法、全局SOC均衡等問題做了研究：本課題提出了基於滑模觀測器的SOC估計策略，能夠得到較為精確的估計結果；並且利用單相電路正負波動電流進行電池的快速充電，能夠有效降低鉛酸蓄電池的極化電壓，從而提高充電速度；提出的基於模糊控制的功率分流算法能夠較為充分地利用超級電容和蓄電池各自的特點；提出了零序電壓注入方法來實現三相所有模組的全局SOC均衡。此外，本課題研究中我們還搭建了實驗平台，對理論分析進行了實驗驗證。通過這些研究工作，本課題取得了較為可觀的研究成果——目前，SCI收錄文章1篇發表，2篇在投；EI收錄文章發表5篇，國內會議文章發表3篇，專利1項。
