【摘要】：目前,可再生能源越來越多的接入電網(wǎng)系統(tǒng)。但新能源的發(fā)電功率會隨不同的氣象條件變換,具有很強(qiáng)的間歇性和隨機(jī)波動性。為了向電網(wǎng)穩(wěn)定地供電,儲能系統(tǒng)對于可再生能源的電力入網(wǎng)不可或缺。同時,向電網(wǎng)中整合進(jìn)儲能系統(tǒng),還進(jìn)一步幫助電力系統(tǒng)可靠供電以及穩(wěn)定運(yùn)行。在各種方式的儲能方式中,可充電電池儲能發(fā)展較早,其以較高的能量密度及能量轉(zhuǎn)化效率在電化學(xué)儲能中脫穎而出。隨著電池制造技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步,電池自身性能不斷提高,包括電池成組后的性能,人們寄望于可充電電池的大規(guī)模儲能應(yīng)用進(jìn)一步發(fā)展,配合獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)能或太陽能電站。可以看到,蓄電池儲能有著廣闊的發(fā)展前景。為了降低大型電池儲能系統(tǒng)的建設(shè)成本,可以選用一些已用過的電池接入儲能系統(tǒng)。迄今為止,無論電池管理系統(tǒng)或并網(wǎng)逆變器都未在操作過程中考慮調(diào)節(jié)電池堆健康狀況的問題。而可充電電池的一個關(guān)鍵技術(shù)問題是它的充放電控制,因?yàn)楹侠淼某浞烹娛前踩褂秒姵丶氨M可能延長其壽命的關(guān)鍵因素,這多需要采用與之相結(jié)合的充放電控制電路。就儲能系統(tǒng)與電網(wǎng)接口逆變器的選擇來看,有一種電壓源型逆變器近些年來成為研究熱點(diǎn),即模塊化多電平變換器(Modular Multilevel Converter, MMC),其可以靈活控制的分模塊式充放電操作策略特別適合電池儲能系統(tǒng)。另外,其冗余的結(jié)構(gòu)可以保證大容量儲能,也可以維持相對穩(wěn)定的運(yùn)行。本論文基于MMC的電池儲能系統(tǒng)提出了一種新的電池充放電控制策略,根據(jù)電網(wǎng)的功率要求變換MMC調(diào)制策略,區(qū)分儲能備用的時間尺度,從而最大程度上延長儲能系統(tǒng)中蓄電池的使用壽命。第一章簡要介紹了本課題的部分研究背景及意義。第二章模塊化多電平電池儲能系統(tǒng)分析及基本控制策略。介紹了基于MMC的電池儲能系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu),包括變換器的工作原理,主要控制目標(biāo)等。第三章電池參數(shù)確定、電池模型及電池壽命影響因素。涉及電池常見參數(shù)及估測,電池電壓和內(nèi)阻、電池荷電狀態(tài)、電池健康狀態(tài),及幾種主要的電池模型、電池管理系統(tǒng),以及電池老化過程的一些問題。第四章多時間尺度的模塊化多電平電池儲能系統(tǒng)優(yōu)化控制策略。具體包括電池組健康狀態(tài)均衡調(diào)節(jié)及長時間尺度操作原則,電池能量管理及中期時間尺度操作原則,系統(tǒng)的輸出波形質(zhì)量控制與短期(實(shí)時)控制策略,最后是仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果。第五章總結(jié)概述了本文的研究工作,并展望模塊化多電平電池儲能系統(tǒng)下一步電池組的壽命優(yōu)化。
[Abstract]:At present, more and more renewable energy is connected to power grid system. However, the generation power of new energy will change with different meteorological conditions, which has strong intermittency and random volatility. In order to supply power to the power grid stably, the energy storage system is indispensable for the power supply of renewable energy. At the same time, the integration of energy storage system into the power grid, but also to help the power system reliable power supply and stable operation. Among all kinds of energy storage methods, rechargeable battery energy storage developed earlier, its high energy density and energy conversion efficiency stand out in electrochemical energy storage. With the continuous progress of the battery manufacturing technology, the performance of the battery itself has been continuously improved, including the performance of the battery after grouping. People hope to further develop the large-scale energy storage application of the rechargeable battery, and cooperate with the independently operated wind or solar power station. As can be seen, battery energy storage has a broad development prospects. In order to reduce the construction cost of large battery energy storage system, some used batteries can be selected for energy storage system. So far, neither the battery management system nor grid-connected inverter has considered regulating the battery stack health during operation. One of the key technical problems of rechargeable battery is its charge and discharge control, because reasonable charge and discharge is the key factor to safely use the battery and prolong its life as far as possible, which requires the combination of charge and discharge control circuit. From the point of view of the choice of inverter interface between energy storage system and power grid, a voltage source inverter has become a research hotspot in recent years, that is, modularized multilevel converter (Modular Multilevel Converter, MMC),). The modular charging and discharging operation strategy, which can be controlled flexibly, is especially suitable for battery energy storage system. In addition, its redundant structure can ensure large capacity energy storage, but also maintain a relatively stable operation. In this paper, a new battery charge and discharge control strategy based on MMC is proposed. According to the power requirement of power network, the MMC modulation strategy is changed to distinguish the time scale of energy storage reserve. Thus, the service life of battery in energy storage system is prolonged to the maximum extent. The first chapter briefly introduces the research background and significance of this topic. Chapter 2: analysis and basic control strategy of modularized multilevel battery energy storage system. This paper introduces the basic structure of battery energy storage system based on MMC, including the working principle of converter, main control target and so on. Chapter 3 determines the battery parameters, the battery model and the influence factors of battery life. The common parameters and estimation of battery, battery voltage and internal resistance, battery charge state, battery health state, several main battery models, battery management system, and some problems in battery aging process are discussed. In chapter 4, the optimal control strategy of modularized multilevel battery energy storage system with multiple time scales is presented. It includes battery health balance adjustment and long time scale operation principle, battery energy management and medium term time scale operation principle, system output waveform quality control and short term (real time) control strategy. Finally, the simulation and experimental results are given. The fifth chapter summarizes the research work in this paper and looks forward to the battery life optimization in the next step of modularized multilevel battery energy storage system.
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM46

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本文編號：2409642