基于高频隔离和公共直流母线的电池储能电网接入系统

各种先进的大容量电池技术的发展为电力系统大容量电池储能系统的广泛应用提供了基础。能量转换系统（PCS）是实现电池组充放电管理和电网接入的重要组成部分。传统的工频隔离升压方式的PCS在占地、效率和可扩展性等方面都存在较大的困难，也是限制大容量储能系统应用的一个瓶颈。申请者针对大容量城网储能系统的发展趋势，提出以高频DC/DC隔离双向变换单元作为直流电池组的接口电路，以链式多电平变流器作为交流侧电网接入电路，研究新型的高功率密度和高效率的大容量电池储能PCS装置，对其拓扑结构、控制技术和应用方式进行研究。在此基础上进一步研究基于直流母线的灵活可扩的电池储能系统构成方式，将储能电池、直流负荷、敏感负载供电、可再生能源等纳入到一个灵活可扩的广义储能系统当中。在节约型、低能耗的可持续发展模式要求下，以及大都市占地资源日益紧张的情况下，本项目的研究内容将为下一代大容量PCS 的发展提供一个新的方向。

针对大容量城网储能系统的发展趋势，以高频隔离双向DC/DC变换单元和链式多电平变流器作为核心电路，从拓扑结构、基本特性、控制和管理策略、硬件设计和实现四个方面展开了全面研究。. 在拓扑结构的研究中，提出了一种新型Z源IBDC电路代替传统的IBDC电路；在此基础上，提出了依托不间断电源的智能功率转换系统概念。在基本特性的研究中，指出了国际上关于DPS原理传输功率特性的错误结论，提出DPS原理与传统SPS原理的最大传输功率能力相同；并且校正了开关和传输功率特性，提出在实际工作中，还存在电压极性反转、电压暂落以及相位漂移等现象。在控制和管理策略的研究中，提出了扩展移相（EPS）控制方法；给出了效率和电流应力最优模型算法，提出了最优开关策略；并在系统层面提出了分层和分布式控制管理体系和分散逻辑控制策略。在硬件设计和实现的研究中，首次完成了基于Si和SiC功率器件的IBDC和高频隔离PCS的应用特性实验对比；给出了安全工作区的定义，提出了PCS的统一离散化设计策略；在此基础上，完成了基于SiC功率器件的整个电池储能PCS的硬件优化设计和实现，并给出了高频隔离PCS设计和实现的一般化流程和建议。. 本项目完成了研究计划，取得了一系列创新性成果，推动了基于高频隔离和公共直流母线的电池储能系统的实际应用。三年来，已发表科技论文14篇，另有2篇已录用文章。其中，在国际顶级SCI期刊《IEEE Trans. Power Electronics》和《IEEE Trans. Industrial Electronics》上发表（或录用）论文10篇，国内顶级EI期刊《中国电机工程学报》和《电力系统自动化》上发表论文3篇，国际顶级会议《Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society》上发表论文1篇；申请中国发明专利3项。在本项目的支持下，共支持研究生参加国际和国内会议2次；共培养研究生6名。