钒液流电池储能在光伏发电系统中的应用研究

【摘要】：我国大规模利用太阳能、风能等可再生能源将进入一个新的发展时期。但光伏发电输出功率具有很大的随机性，为保证整个光伏发电系统的正常运行，引入储能系统（ESS，Energy Storage System）平滑功率波动、保证供电的稳定性显得尤为重要。钒液流电池（Vanadium Redox-Flow Battery, VRB）作为新型绿色电池，具有规模灵活、充放电性能好、寿命长等优点，适合大规模电力储能，近年来受到了人们的广泛关注。本文以VRB为储能元件研究其在独立光伏发电系统的作用及控制策略，从VRB建模和基于VRB储能的独立光伏发电系统的储能控制策略两方面开展研究： 在介绍钒液流电池工作原理的基础上，首先建立了VRB等效电路模型和仿真模型，并与文献中充放电实验数据比较，验证了所建模型的正确性。其次设计了一种基于钒液流电池储能的独立光伏发电系统结构，并详细介绍了该系统的组成及工作原理，该系统融合了最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking, MPPT）、DC/DC变换电路的选择、逆变环节的设计等原理技术。文章最后分析了独立光伏发电系统的几种工作模式的模型，设计了不同工作模式下的系统控制策略及相互间的转换。深入研究了VRB恒流和恒功率模式下的充放电效率，定性分析了影响充放电效率的因素，并得出了效率最优的充电模式。最后对系统进行了仿真，仿真结果表明，该系统控制策略能够有效地平抑光伏系统输出功率的波动、维持直流母线电压的稳定、提高系统供电的可靠性。 【关键词】：光伏发电 钒液流电池 充放电控制 系统工作模式 直流母线电压
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM912;TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 课题的研究背景9
• 1.2 光伏发电系统的特点9-10
• 1.3 电力储能技术和发展现状10-12
• 1.4 课题的研究意义和主要研究内容12-14
• 1.4.1 课题的研究意义13
• 1.4.2 本文的主要研究内容13-14
• 第2章 钒液流电池的建模14-22
• 2.1 钒液流电池的介绍14-16
• 2.1.1 钒液流电池的工作原理14-15
• 2.1.2 钒液流电池的研究现状及前景15-16
• 2.2 钒液流电池等效模型及分析16-18
• 2.2.1 等效模型16-17
• 2.2.2 参数分析17-18
• 2.3 钒液流电池的建模18-21
• 2.4 本章小结21-22
• 第3章 基于钒液流电池储能的独立光伏发电系统22-40
• 3.1 独立光伏发电系统的基本组成22-23
• 3.1.1 本论文研究的光伏发电系统结构22
• 3.1.2 系统的容量设计22-23
• 3.2 光伏阵列23-27
• 3.2.1 光伏电池的工作原理及特性23-25
• 3.2.2 光伏电池的建模及仿真25-27
• 3.3 光伏系统的最大功率跟踪控制27-32
• 3.3.1 最大功率跟踪的原理27-28
• 3.3.2 常用的最大跟踪方法28
• 3.3.3 自适应变步长扰动跟踪法28-29
• 3.3.4 仿真结果及分析29-32
• 3.4 DC/DC 充放电路的选择32-36
• 3.4.1 Buck 变换电路33
• 3.4.2 Boost 变换电路33-34
• 3.4.3 Buck-Boost 变换电路34-35
• 3.4.4 双向 DC/DC 变换电路35-36
• 3.4.5 DC/DC 充放电电路的选择36
• 3.5 逆变环节的设计36-39
• 3.5.1 逆变器的主电路拓扑及调制技术36
• 3.5.2 逆变器电压电流双环控制36-37
• 3.5.3 仿真结果及分析37-39
• 3.6 本章小结39-40
• 第4章 独立光伏发电系统工作模式的研究40-57
• 4.1 系统的几种工作模式模型40-42
• 4.2 不同模式下的储能控制策略42-43
• 4.3 钒液流电池的恒流充放电方法及效率分析43-46
• 4.3.1 恒流充放电43-45
• 4.3.2 VRB 系统效率分析45-46
• 4.4 钒液流电池的恒功率充放电及效率分析46-49
• 4.4.1 恒功率充放电46-48
• 4.4.2 系统效率分析48-49
• 4.5 基于 Simulink 的储能控制仿真49-55
• 4.5.1 仿真模型49-50
• 4.5.2 仿真结果分析50-55
• 4.6 本章小结55-57
• 第5章 结论与展望57-59
• 5.1 结论57
• 5.2 展望57-59
• 参考文献59-62
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其他成果62-63
• 致谢63

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