矿井掘进工作面作为一种独头巷道易发生瓦斯积聚的情况,当瓦斯浓度超过一定值时遇到轻微火花会酿成严重的爆炸事故,局部通风机作为掘进工作面的主要供风设备,其供电的可靠性直接关系着煤矿的安全生产。为保证局部通风机24小时不间断工作,井下工作面不停风停产,本文设计了一种集充放电为一体的矿井局部通风机应急供电储能装置,并对其控制技术展开了研究。首先,针对井下局部通风机“三专两闭锁”供电系统,设计了应急供电储能装置整体功能和结构。该储能装置既能在系统停电时作为应急电源使用,又能实现电网正常运行时的无功补偿作用。对双级式功率传输系统(Power Convert System,PCS)的工作原理进行了分析,并对储能装置的功率电路进行了数学建模。其次,对储能装置的电池能量管理系统(Battery Management System,BMS)进行了设计。根据不同电池的工作特性选择了合适的储能电池,针对储能电池组各单体电池充放电能量不均的情况,设计了一种基于双向DC-DC斩波电路的电池能量均衡器。仿真结果表明,经过多次充放电循环后各单体电池之间的能量不一致性显著降低。此外,对双级式储能变流器的控制策略进行了分析。前级DC-DC变换器起升降压作用,在应急供电和并网运行时均采用电压电流双闭环控制,保证直流母线电压稳定;后级PWM变流器在应急供电模式下采用基于低压配电网校正的下垂功率三环控制策略,对功率外环,电压环和电流内环进行了参数设计。并网运行时,为避免模式切换时不同控制策略造成的电压电流的冲击,PWM变流器仍采用下垂功率三环控制策略,分析了大电网波动对变流器输出功率的影响,改进Q-f和P-U控制环,使变流器输出的功率稳定。在Matlab/Simulink中搭建了储能变流器的仿真模型,仿真结果表明本文采用的控制策略可以使储能变流器在两种模式下稳定运行。最后,对储能装置的模式切换控制方法进行了研究。采用三次谐波注入法对储能装置和风机负载组成的微网系统进行孤岛检测,根据井下风机供电系统常见的故障情况,在孤岛信号和模式切换信号的基础上设计了储能装置模式切换控制策略,并对储能变流器的暂态切换过程进行了研究。仿真结果表明本文采用的孤岛检测技术可以判定微网系统的运行状态,单模式控制策略可以实现电压电流的平滑切换。该论文有图81幅,表9个,参考文献92篇。