由于電源產(chǎn)生的能量與消費(fèi)者所需的能源的分離,目前的電網(wǎng)浪費(fèi)了大量的電力,使得電網(wǎng)效率低下。風(fēng)力渦輪機(jī)和光伏電池等利用自然能源的發(fā)電機(jī)是解決能源問題最有效的技術(shù)。這種發(fā)電機(jī)依賴于可再生能源,而可再生能源取決于天氣條件和自然環(huán)境,由于其輸出的波動(dòng)性,會(huì)導(dǎo)致電源質(zhì)量惡化和電網(wǎng)不穩(wěn)定,從而對(duì)電網(wǎng)電壓和頻率穩(wěn)定產(chǎn)生負(fù)面影響。通過利用電網(wǎng)內(nèi)的儲(chǔ)能裝置,可以改善可再生能源并網(wǎng)的許多不足。電池儲(chǔ)能系統(tǒng)(BESS)是加強(qiáng)電網(wǎng)與大型可再生能源連接,將大量可再生能源并入大電網(wǎng)的一項(xiàng)重要技術(shù)。BESS被認(rèn)為是抵消能量波動(dòng)的一種有效應(yīng)對(duì)方法。隨著近年來工業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展,迫切需要于中壓和大功率領(lǐng)域的更高水平的電氣應(yīng)用。因此,基于級(jí)聯(lián)H橋多電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電池存儲(chǔ)系統(tǒng)控制策略自推出以來就受到廣泛關(guān)注。這種類型的多級(jí)逆變器拓?fù)涫沁m用于現(xiàn)代電池存儲(chǔ)系統(tǒng)的拓?fù)渲�。本文討論了虛擬同步發(fā)電機(jī)(VSG)控制概念,這是近年來基于模擬同步發(fā)電機(jī)擺動(dòng)方程而開發(fā)的一種新型控制策略,以實(shí)現(xiàn)分布式電源友好并網(wǎng)。本論文的主要貢獻(xiàn)概括如下:(1)使電力電子多級(jí)逆變器實(shí)現(xiàn)未來需要的傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能。(2)為了實(shí)現(xiàn)VSG的穩(wěn)定運(yùn)行,本文提出了 VSG特征參數(shù)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則(即慣性,阻尼系數(shù)和下垂系數(shù))。不同的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和阻尼系數(shù)顯示了系統(tǒng)的頻率響應(yīng)。在不同的階躍變化中,系統(tǒng)受到有功和無功負(fù)載功率增加的影響。(3)該研究討論了 BESS的運(yùn)行性能。首先,從建模,分析和控制等方面對(duì)用于解決可再生能源并網(wǎng)問題的BESS進(jìn)行了研究。其次,提出了荷電狀態(tài)(SOC)的平衡控制以實(shí)現(xiàn)輸出功率平衡。改進(jìn)后的控制方法僅基于比例諧振(PR)調(diào)節(jié)器和解耦電流控制,具有更加高效的性能。最后,通過Matlab/Simulink驗(yàn)證了該方法的有效性。(4)該工作提出了一種BESS控制策略,重點(diǎn)是電池和相位平衡控制。在所提控制策略基礎(chǔ)上,通過搭建相應(yīng)控制模型研究了三相輸出功率和能量的平衡。
【學(xué)位單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM912
【文章目錄】：
摘要
Abstract
Chapter 1 Introduction
    1.1 Background
        1.1.1 Multilevel inverters
            1.1.1.1 Diode clamped inverter
            1.1.1.2 Capacitor clamped inverter
            1.1.1.3 Cascaded H-bridge inverter
    1.2 Modulation techniques
    1.3 Introductory to storage system
    1.4 Basic concept to virtual inertia technique
    1.5 Impact of distributed generations on grid frequency
    1.6 Literature review
    1.7 Problem statement and research objectives
        1.7.1 Key problem
        1.7.2 Research objectives
    1.8 Thesis outline
Chapter 2 Cascaded H-Bridge Multilevel Inverter Based on use Pulse WidthModulation Techniques
    2.1 Introduction
    2.2 CHB modeling description
    2.3 Modeling of multicarrier based PWM techniques
        2.3.1 Level shifted carrier PWM
        2.3.2 Phase shifted carrier PWM
    2.4 Simulation results
        2.4.1 Scenario A: CHB inverter with LSCPWM
        2.4.2 Scenario B: CHB inverter with PSCPWM
    2.5 Conclusions
Chapter 3 CHB Multilevel Inverter Based on VSG
    3.1 Introduction
    3.2 Droop characteristic of VSG
    3.3 Alternative forms of the swing equation
    3.4 Power decoupling control
    3.5 Design of control parameters
    3.6 Over all model VSG
    3.7 Simulation results
        3.7.1 Scenario A: System connected with local load
        3.7.2 Scenario B: Increase active power load
        3.7.3 Scenario C: Increase reactive power load
        3.7.4 Scenario D: Different rotating inertia and damping factor
    3.8 Conclusions
Chapter 4 Power Conditioning System Control for CHB Battery Energy StorageSystem
    4.1 Introduction
    4.2 BESS structure
    4.3 PCS control strategy
        4.3.1 Instantaneous power control
        4.3.2 State-of-charge balancing control
            4.3.2.1 Cluster balancing control
            4.3.2.2 Individual balancing control
    4.4 Power and energy distribution
    4.5 Simulation results
        4.5.1 Scenario A: Power balancing
        4.5.2 Scenario B: Energy balancing
        4.5.3 Scenario C: Quadrant operation of PCS
    4.6 Conclusions
Chapter 5 Power sharing for inverters based on VSG
    5.1 Introduction
    5.2 Synchronous generator mathematical model
        5.2.1 Electrical part
        5.2.2 Mechanical part
    5.3 Virtual synchronous generator concept based synchronvertermodel
    5.4 Droop control
    5.5 Active power regulation
    5.6 Reactive power regulation
    5.7 Parallel operation of inverters
    5.8 Simulation analysis
        5.8.1 Case one
        5.8.2 Case two
    5.9 Conclusion
Chapter 6 Conclusions and Future Work
    6.1 Conclusions
    6.2 Future work
References
List of Publications
Acknowledgements
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