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模塊化分布式電源并網控制方案
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模塊化分布式電源并網控制方案

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商品描述
The 1st period
一、基于實時控制器的開源科研平臺構建概述

  目前,針對電力電子拓撲多樣、控制復雜、應用靈活的特點,數字物理混合仿真系統得到了大規模的運用。其中,包括兩種構架:1)控制器在環控制方案(RCP),即:實驗室搭建真實功率硬件系統,將真實硬件的電壓、電流通過采集系統接入控制仿真系統中;2)硬件在環控制方案(PHILL),即實驗室制作真實的控制器,將功率電路放入仿真系統中,也可采用真實功率放大設備,將功率電路連入電網中,該方法硬件投入成本較大,投入最低也在百萬級。

  我司基于dSPACE提出了完整的科研快速開發平臺開發流程,其整套系統流程如下圖所示:


1 快速開發實驗平臺構建


構建思路:

1)充分利用市面主流常見在環仿真設備儀器,如dSPACERT-LAB等;

2)根據預算、提供靈活組合方案,可滿足:

(1)        單獨RCP快速開發方案:購買dSPACE替代DSP控制器,可直接控制逆變器;

 

2 基于dSPACERCP快速開發方案

(2)        RCP結合HIL組成純仿真系統方案:最快速的理論驗證方案,其中dSPACERT-LABAD輸入、DA輸出接口齊全,可靈活配置,僅需對應轉接板;


3 基于dSPACE的在環純仿真快速開發方案

(3)        PHIL方案,即功率硬件在環仿真方案,需要加入一個功率放大電路即可連接實際系統,不同等級的功率放大器價格差距巨大(百萬級)。這個方案在做小功率系統時,不如選擇方案(1),在做配電網等大系統時才凸顯優勢。


4 基于dSPACEPHIL在環快速開發方案
二、基于實時控制器的多分布式電源運行控制開源方案

目前,我司已承接多類微電網及其相關子項目,在分布式電源控制、多分布式電源并網方面積累一定經驗。

 

項目名稱

1

多級式儲能并網開源實驗平臺

2

電機對拖并網開源實驗平臺

3

模擬風機并網開源實驗平臺

4

光伏、儲能并網開源實驗平臺

5

混合動力汽車試驗平臺

6

4組電機對拖加掛儲能并網開源實驗平臺

N

……



The 2rd period
一、案例1MW級儲能高效儲能系統的模塊化并聯與應用

一、技術指標:

(1)   容量0.5MW/1.5Ah,交流側3VSC并聯,單機功率200kW,直流側6DC-DC并聯,單機功率100kW

(2)   模塊環流小于額定電流的1%,無需額外硬件開銷。PCS總電流畸變率小于3%,功率因數從0.99超前~0.99滯后連續可調;

(3)   直流側額定電壓700V,且電壓紋波小于1%,直流側電容電壓最大不平衡度小于2%

(4)   可實現電池的恒壓、恒流、浮充、涓流、脈沖充放電控制,充電電流紋波小于2%

(5)   PCS具有弱電網運行能力,抑制電網畸變與不對稱能力,并網電流THD小于3%


1 儲能系統


2 PCS拓撲

二、研究內容如下:

?  公共交直流母線逆阻型三電平VSC模塊化并聯研究

具體研究該拓撲的以下內容:

1) 多模塊并聯環流抑制研究

VSC模塊間載波交錯技術可以有效改善并聯總電流質量,提高等效開關頻率,降低無源濾波元件的體積,但其直接應用共交直流母線的VSC模塊并聯系統將引起額外的環流問題。所以需要對環流的形成機理及其抑制策略加以研究。


3 模塊環流

為了實現模塊間環流的有效抑制,實現功率在不同模塊間的合理分配,首先需要研究環流形成的機理,確定環流形成的具體影響因素,再根據具體的影響因素制定相應的抑制策略。

2) 三電平VSC電壓平衡研究

采用三電平拓撲可以提高等效開關頻率,減小交流側并網電抗從而縮小體積,并可以進一步提高PCS轉換效率。然而,對于三電平拓撲變流器而言,其存在固有的中點平衡問題,直流側中點電位不平衡會增加輸出電流的低次諧波含量,并增加功率器件的電壓應力,所以需要對中點電位進行有效的控制。

三電平VSC電壓平衡算法主要分為基于SVPWM矢量選擇和零序注入兩種,且兩種算法均有較高的直流側電壓利用率,這對于電池系統電壓等級提高困難的應用場合具有優勢。但是,無論是SVPWM還是零序注入都是在調制波疊加三次諧波實現電壓利用率的提升,而注入的三次諧波是引起模塊環流的一個重要原因。傳統基于冗余小矢量作用時間分配以及虛擬空間矢量均以單臺三電平VSC為對象,并不適用于本項目模塊化并聯三電平結構。因此,本項目從環流產生機理為基礎,從多模塊三電平VSC并聯系統整理入手,研究基于SVPWM的電壓平衡算法,以進一步抑制模塊環流。

3) 大規模儲能電池管理系統的研究

電池管理系統(Battery Management SystemBMS)是通過研究電池特性,根據得到的電池充放電數據,確定電池運行狀態,同時將電池運行狀態參數,傳輸給控制系統或者更高級的監控系統。大規模儲能系統對BMS的要求主要包括:要有數據采集功能、基本的保護功能、標準通信協議、診斷功能、熱管理功能。研究電池管理系統,對于延長電池使用壽命、維護電池安全運行等方面,具有重要意義。然而,目前不同廠家的BMS在通信接口及通信協議方面存在較大差異,缺少統一化接口,導致BMS可替換性和可維護性較差,同時也阻礙了BMS的發展。另一方面,電池組的SOC是電池電量的直接反映,它不但提供了實際儲能系統的當前存儲能量的重要信息,同時也為電池的使用、管理和維護提供重要依據,因為電池的過充和過放都會導致電池壽命的下降,甚至會造成電池的損壞與爆炸。因此,嚴格監控儲能電池組的SOC是儲能用BMS的一項重要的任務。

本項目將BMS通訊分為內部通訊和外部通訊兩部分。外部通訊采用TCP/IP實現BMS與上層監控調度系統的數據交換,TCP/IP總線具有數據的傳輸距離長、傳輸速率高、易與Internet連接以及與計算機、服務器的接口方便等優勢。而內部通訊采用高可靠性抗干擾能力強的CAN總線實現BMS內部各個模塊的通訊。

?  平滑可再生能源出力波動的PCS控制策略研究

具體研究以下幾方面內容:

1)平滑新能源發電波動的PCS自主控制策略研究

新能源發電輸出功率具有隨機性不可控的特性,容易對電網造成較大的沖擊,也可能對一些重要負荷運行造成負面的影響。為此我國2012年頒布了《風電場接入電力系統技術規定》,針對不同的裝機容量,規定了風電場有功功率變化限制包括1min有功功率變化和10min有功功率變化。因此,新能源發電具有隨機性和間歇性的特點,決定了其大規模發展必須有先進的儲能技術作支撐。


4 PCS配合可再生發電

2) 電網電壓跌落PCS電壓支撐控制研究

為了實現大規模可再生能源發電接入電網,現有的并網導則要求可再生能源發電機組能夠提供一定的電網輔助服務,其中參與調壓即為輔助服務的重要內容之一。當電網發生電壓跌落故障時,發電機組要按照一定時間序列保持并網狀態,并向電網注入無功實現電壓支撐。通過增加具有快速響應的儲能系統和采用合適的控制策略,當電壓跌落幅值超過電網電壓正常波動范圍下限時,根據PCS運行約束條件獲得無功電流指令,發揮PCS電壓支撐作用,提高風電機組的低電壓穿越能力。

?  PCS與電網的交互影響研究

具體研究以下幾方面內容:

1) 模塊化并聯PCS與電網交互穩定性分析

由于LCLCL濾波器對高頻開關紋波具有比單L濾波器更好的衰減作用,且所需電感值比單L濾波器要小的多,有利于模塊化設計,因此LCLCL等高階濾波器應用越來越廣泛。另一方面,電力系統分布著大量的無功補償與LC調諧濾波器,以及大功率電容濾波整流非線性負載。此外,PCS接入點電網阻抗的不確定性導致PCS與電網存在潛在的穩定性問題,而VSC并聯模塊數的變化引起并網阻抗波動將使PCS和電網間的交互作用愈加明顯。

2) 弱電網條件下PCS的并網控制研究 

本項目以模塊化T型三電平的并聯為切入點,針對公共直流與交流母線拓撲展開環流抑制與電壓平衡控制研究,揭示環流產生機理及SVPWM調制電壓平衡的內在聯系,以降低模塊間環流實現PCS高效穩定運行。然后針對大容量PCS與配合可再生能源平滑發電展開研究,重點研究PCS自主平滑發電策略以及電網電壓跌落時PCS電壓支撐控制研究,一方面降低可再生能源發電的功率波動,滿足國家可再生能源并網要求,另一方面通過優化PCS正序和負序電流分配,提高新能源發電的低電壓穿越能力。最后,對模塊化PCS與電網交互影響展開研究,研究并網控制策略改進算法,提高模塊化PCS運行穩定性。


5  模塊化儲能系統

三、硬件工作

(1)   逆阻型三電平的驅動





(2)   小功率(100A)板上系統 



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