儲能功率變換與併網技術

儲能是解決可再生能源高比例應用的手段，電池儲能系統由於其高能量密度和靈活、方便的特點而得到快速發展，儲能功率轉換系統是電池介質與電網的介面，承擔著對電池介質的管理、充放電控制與並網任務，隨著儲能系統容量的擴大和對其功能需求的提升，儲能功率轉換系統也發生了一系列變革與創新。
 
《儲能功率變換與並網技術》針對儲能功率轉換系統，深入探討儲能在用戶側、電源側和電網側應用場景下，功率轉換系統的拓撲結構、效率提升、優化設計與控制、並聯擴容運行等問題，研究功率轉換系統對電池介質的管理與控制、對大電網的支撐、對分散式電源接入微電網的支援等技術。
 
具體內容包括單級式和雙級式儲能功率轉換系統、高壓直掛鏈式儲能功率轉換系統、基於MMC的儲能功率轉換系統、風光儲集成功率轉換系統和儲能系統的虛擬同步控制等，從拓撲結構創新、參數優化設計、新型控制策略到系統運行控制，對關鍵技術問題進行了系統地分析論證、模擬和物理實驗研究，同時給出了大量應用案例。

《智慧電網研究與應用叢書》序
前言

第1章 緒論 1
1.1 儲能系統概述 1
1.2 電池儲能系統 3
1.3 電池儲能功率變換系統與並網控制 7
1.4 本書的內容 14
參考文獻 15

第2章 低壓電池儲能功率轉換系統 17
2.1 低壓儲能PCS主電路拓撲 17
2.1.1 單級式工頻隔離型儲能PCS拓撲 17
2.1.2 雙級式工頻隔離型儲能PCS拓撲 19
2.1.3 雙級式中高頻隔離型儲能PCS 19
2.1.4 儲能PCS擴容與儲能系統的大容量化 20
2.2 單級式儲能PCS 21
2.2.1 儲能PCS並網變換器的數位驅動技術 21
2.2.2 儲能PCS三電平並網變換器的調製及其演算法優化 27
2.2.3 儲能PCS的並網控制策略 49
2.2.4 儲能PCS離網運行控制策略 63
2.3 雙級式儲能PCS 66
2.3.1 雙向隔離型DC/DC變換器 66
2.3.2 雙級式PCS控制策略及其優化 82
2.3.3 雙級式PCS實驗與測試 88
2.4 低壓儲能PCS的大容量化 92
2.4.1 儲能PCS並聯擴容技術 93
2.4.2 基於低壓PCS的大容量儲能系統 97
參考文獻 100

第3章 高壓直掛鏈式儲能功率轉換系統 102
3.1 鏈式儲能PCS的控制策略及其優化 102
3.1.1 無變壓器高壓直掛鏈式儲能系統 104
3.1.2 PCS控制策略 105
3.1.3 控制策略的優化 109
3.1.4 鏈式儲能PCS控制策略模擬分析 112
3.2 電池側二次脈動電流的抑制 115
3.2.1 電池側電流諧波分析 115
3.2.2 採用濾波電感抑制電流諧波 118
3.2.3 採用雙向DC/DC抑制電流諧波 118
3.3 鏈式PCS的共模電流及其抑制 121
3.3.1 共模電流產生的機理 121
3.3.2 共模電流的抑制 124
3.4 模擬實驗 125
3.4.1 實驗系統 125
3.4.2 實驗研究 128
3.5 高壓直掛鏈式儲能的優化設計 141
3.5.1 電池模組容量及數量的確定 141
3.5.2 H橋功率模組數的優化設計 142
3.6 具有儲能功能的靜止同步補償器 145
3.6.1 BS-STATCOM的拓撲結構及其演化過程 145
3.6.2 BS-STATCOM的功率特性 146
3.6.3 類STATCOM控制策略及其功率特性 148
3.6.4 基於bangbang原理的新型控制策略 150
3.6.5 模擬分析 152
3.7 工程示範應用 154
3.7.12 MW/2MWh/10kV系統設計 154
3.7.22 MW/2MWh/10kV系統示範應用 155
參考文獻 158

第4章 高壓直掛MMC儲能功率轉換系統 161
4.1 基於MMC的電池儲能系統 161
4.1.1 MMC的基本控制策略 161
4.1.2 基於MMC的儲能PCS 165
4.2 儲能型MMC換流器 168
4.2.1 運行工況分析 168
4.2.2 適應多工況的SOC均衡策略 171
4.2.3 交流電網短路故障保護 178
4.2.4 直流電網短路故障保護 180
4.2.5 模擬分析 183
4.3 實驗研究 188
4.3.1 實驗系統 188
4.3.2 實驗結果 190
4.4 一些討論 197
參考文獻 198

第5章 儲能功率轉換系統的虛擬同步控制 199
5.1 發展歷程與研究現狀 199
5.2 虛擬同步控制策略及其優化 200
5.2.1 常規虛擬同步控制策略分析 200
5.2.2 虛擬同步控制結構的改進 205
5.2.3 基於電網強度的自我調整虛擬同步控制策略 209
5.3 計及SOC的虛擬同步控制 212
5.3.1 荷電狀態對儲能系統的影響 212
5.3.2 基於SOC的調差係數自我調整優化方法 214
5.3.3 基於SOC的轉動慣量自我調整優化方法 219
5.4 實驗與驗證 222
5.4.1 硬體在環即時數字仿真平臺簡介 222
5.4.2 常規與改進的虛擬同步控制對比實驗 226
5.4.3 計及SOC的虛擬同步控制實驗 229
參考文獻 233

第6章 風光儲集成功率轉換系統 235
6.1 風儲一體化PCS 235
6.1.1 基本拓撲結構 235
6.1.2 雙饋風儲一體化風電機組的協調控制策略 242
6.1.3 工程案例 256
6.2 光儲一體化PCS 266
6.2.1 非隔離型光儲一體化PCS 266
6.2.2 高頻隔離型儲能PCS 277
6.3 大規模風光儲多控制環節綜合集成應用平臺技術 286
6.3.1 變時間常數的濾波控制策略 286
6.3.2 混合儲能的協調控制技術 288
6.3.3 模擬分析 291
參考文獻 294