单相并离网光伏储能系统控制及能量管理研究

【摘要】：随着全球性能源危机和环境日益恶化,太阳能光伏发电技术因其符合可持续发展的战略要求被各国大力推广利用。由于光伏发电系统多元性以及受环境变化随机性,整个系统的控制及其能量管理成为了当下的研究热点。本文在分析了光伏发电产业及相关控制技术现状的基础上,详细研究了由光伏电池、铅酸蓄电池、本地负载以及电网组成的分布式光伏储能系统的控制及能量管理策略。首先,针对传统并网型和离网型光伏系统不能最大限度利用太阳能的缺点,本文采用既能并网运行又能离网运行的直流母线式光伏系统结构,该结构扩展性强、稳定性高,能更好地利用太阳能。对系统中的光伏发电单元及蓄电池储能单元的工作特性进行了详细分析,同时对相应的功率转换单元:光伏接口变换器、双向DC/DC变换器以及单相逆变电路进行了研究。设计了光伏单元的最大功率点跟踪(MPPT)算法和蓄电池充放电控制,并对设计的MPPT算法进行了仿真验证。然后,针对系统即能并网又能离网运行的特点,本文详细设计了系统逆变器在并离网时的控制策略,并分别设计电流内环和电压外环的PI控制器。针对系统离网运行时逆变器带非线性负载能力有限的问题,提出了一种加入输出电流反馈的双环控制改进方法,仿真结果验证了改进的控制方法能大大提高系统离网运行时带非线性负载的能力。由于系统中包含光伏发电单元、蓄电池储能单元、电网以及负载多个模块,需对整个系统进行合理的能量管理,保证系统能量供需平衡。针对系统基于直流母线式结构,论文参考并改进直流母线电压水平信号控制法,应用改进的控制策略将系统整个运行过程分成4个工作模式,并详细分析了各个模式的运行状态以及模式切换间的能量流转。最后,在Matlab/Simulink中建立了仿真模型,对改进的能量管理控制策略进行了仿真验证,仿真结果表明了控制策略的可行性。 【关键词】：光伏储能系统 最大功率点跟踪 输出电流反馈 直流母线电压 能量管理
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 课题的研究背景及意义10-11
• 1.2 光伏发电相关技术概述11-15
• 1.2.1 光伏发电系统研究现状11-12
• 1.2.2 光伏系统控制技术研究概况12-14
• 1.2.3 分布式发电系统能量管理研究现状14-15
• 1.3 本论文的内容和结构15-17
• 第二章 直流母线式光伏储能系统17-39
• 2.1 光伏储能系统的整体结构17
• 2.2 光伏发电单元17-27
• 2.2.1 光伏电池等效电路分析18-21
• 2.2.2 光伏接口变换器21-22
• 2.2.3 基于扰动观测法的MPPT控制22-27
• 2.3 蓄电池储能单元27-34
• 2.3.1 铅酸蓄电池特性及充放电技术27-29
• 2.3.2 双向DC/DC变换器29-34
• 2.4 单相逆变单元34-37
• 2.4.1 单相逆变拓扑分析34-36
• 2.4.2 逆变器建模36-37
• 2.5 本章小结37-39
• 第三章 逆变器控制算法设计39-62
• 3.1 逆变器并网运行控制算法设计39-46
• 3.1.1 并网控制策略39-41
• 3.1.2 并网控制器设计41-44
• 3.1.3 并网控制仿真44-46
• 3.2 逆变器离网运行控制算法设计46-52
• 3.2.1 离网控制策略46-47
• 3.2.2 离网控制器设计47-51
• 3.2.3 离网控制仿真51-52
• 3.3 离网运行时非线性负载下改进控制算法52-59
• 3.3.1 非线性负载下电压波形畸变分析52-54
• 3.3.2 输出电流反馈的改进控制算法54-57
• 3.3.3 改进算法仿真分析57-59
• 3.4 并离网切换控制策略59-61
• 3.5 本章小结61-62
• 第四章 光伏储能系统能量管理策略研究62-80
• 4.1 系统能量管理原理及目标62-63
• 4.1.1 能量管理原理62
• 4.1.2 能量管理目标62-63
• 4.2 基于直流母线电压等级法能量管理63-70
• 4.2.1 改进后的直流母线电压等级法控制66
• 4.2.2 光储系统运行工作模式66-69
• 4.2.3 光储系统不同工作模式转换69-70
• 4.3 仿真及结果分析70-79
• 4.3.1 工作模式稳态仿真分析70-72
• 4.3.2 离网各模式间切换仿真72-75
• 4.3.3 并网与离网之间切换仿真75-79
• 4.4 本章小结79-80
• 第五章 总结与展望80-82
• 5.1 结论80
• 5.2 未来的工作与展望80-82
• 致谢82-83
• 参考文献83-87
• 个人简历及攻读硕士学位期间的主要研究成果87-88

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