光伏—储能系统中功率传输控制技术研究

【摘要】：光伏电源的出力受光照强度、温度和负载影响较大，具有波动性较大的特点。考虑接入由超级电容器和蓄电池组成的混合储能系统，充分利用超级电容器功率密度高和蓄电池能量密度高的特点，构成性能优越的光伏-储能系统。通过对该系统进行功率传输控制技术研究，减小光伏系统对电网和负载的影响，并延长混合储能系统的使用寿命。 论文首先介绍了各个储能源通过双向DC-DC变换器接入直流母线的光伏-储能系统的结构，制定了光伏-储能系统的三种主要能量管理策略，在此基础上确定了各个双向DC-DC变换器的工作模式，设定了相应的恒压、恒流控制目标。 其次，为实现光伏电源最大功率跟踪(MPPT)，采用电导增量法寻求最大功率点所对应的电压，并利用PI控制跟踪此电压；对混合储能系统控制器设计而言，基于传统的小信号模型，通过频域补偿方法，设计了双向DC-DC变换器工作于不同模式下的恒压、恒流补偿电路。 然后，设计了滑模变结构MPPT控制器，该控制器结合趋近律思想，缩短了到达滑模面的时间，利用等效控制和占空比相等的关系，实现了开关频率的恒定；对于蓄电池充放电电流的控制，研究了基于滞环方式的单环滑模变结构控制方法；针对超级电容器所连双向DC-DC变换器，提出了一种结合PI的双环滑模变结构控制方法，该方法将外环PI控制的输出作为内环滑模变结构控制方法的参考值，以保持直流母线电压恒定和延长混合储能系统的寿命。 最后在MATLAB/Simulink环境下搭建了所提出的系统，进行了控制方法的仿真，结果表明，所采用的滑模变结构控制方法在稳态和动态性能方面均具有良好的效果，适用于光伏-储能系统中。 【关键词】：超级电容器 蓄电池 光伏-储能系统 双向DC-DC变换器 滑模变结构控制 MATLAB/Simulink
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题的研究背景与意义9
• 1.2 双向 DC-DC 变换器的研究现状与发展趋势9-16
• 1.2.1 双向 DC-DC 变换器拓扑研究现状9-11
• 1.2.2 双向 DC-DC 变换器控制研究现状11-15
• 1.2.3 双向 DC-DC 变换器在光伏-储能系统中应用现状与发展趋势15-16
• 1.3 论文的主要研究内容16-17
• 第2章 光伏-储能系统的结构与能量管理策略17-25
• 2.1 光伏-储能系统结构17-18
• 2.2 光伏-储能系统模型18-21
• 2.2.1 光伏电源的模型18-19
• 2.2.2 储能系统的模型19
• 2.2.3 负载模型19-21
• 2.3 系统能量管理策略21-22
• 2.4 系统参数的选取22-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第3章 光伏-储能系统线性控制方法研究25-34
• 3.1 光伏电源 MPPT 控制器设计25-26
• 3.2 Boost 变换器输出恒压/恒流控制方法26-31
• 3.2.1 Boost 变换器输出恒压控制方法26-28
• 3.2.2 Boost 变换器输出恒流控制方法28-31
• 3.3 Buck 变换器恒流/恒压控制方法31-32
• 3.3.1 Buck 变换器输出恒流控制方法31-32
• 3.3.2 Buck 变换器源端恒压控制方法32
• 3.4 系统控制器设计32-33
• 3.5 本章小结33-34
• 第4章 光伏-储能系统滑模控制方法研究34-42
• 4.1 滑模控制方法在 DC-DC 变换器中的实现方式34-35
• 4.2 光伏电源滑模 MPPT 控制器的设计35-36
• 4.3 混合储能系统控制器模型及设计36-40
• 4.4 频率对变换器的影响及估算40-41
• 4.5 本章小结41-42
• 第5章 仿真分析42-50
• 5.1 仿真模型的建立42-45
• 5.2 线性控制方法仿真45-46
• 5.3 滑模控制方法仿真46-48
• 5.4 仿真结果比较48-49
• 5.5 本章小结49-50
• 第6章 结论与展望50-52
• 6.1 结论50
• 6.2 展望50-52
• 参考文献52-55
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及参加的科研工作55-56
• 致谢56

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