基于混合储能的光伏并网功率平抑控制研究

【摘要】：随着化石燃料的日益减少,可再生能源发电发展迅猛,但随之而来的缺陷也暴露无遗。在众多可再生能源中,太阳能的使用范围非常广泛。但光伏发电由于受日照强度、温度等的影响,会产生较大波动的功率,所以在大规模并网技术中仍存在些许问题。本文针对光伏发电因光照强度与温度变化而导致的发电功率波动问题,提出一种储能型光伏并网发电系统,以抑制并网功率的波动。以光伏发电最大功率跟踪和并网逆变控制为基础,引入蓄电池和超级电容器组成的混合储能系统,实现对光伏发电功率削峰填谷、达到平抑功率的效果。 首先,本文以单级式光伏并网逆变系统的综合控制策略为研究对象,对光伏阵列数学模型、最大功率点跟踪方法、单级式光伏并网系统拓扑结构及其数学模型等问题进行了系统深入的研究。并提出了一种变步长的最大功率点追踪(MPPT)算法,与定步长的MPPT算法相比,响应速度更快,寻优过程更精确,能够更好地避免因寻找最大功率点而产生的系统振荡。本文针对光伏并网逆变系统的控制策略,提出了采用空间矢量调制(SVPWM)的方法产生触发信号,充分利用该方法的谐波含量低、直流电压利用率高等优势,最终确定基于SVPWM控制的单级式光伏并网系统的综合控制策略。 其次,本文通过比较各种储能技术的优缺点,选择了将超级电容器和蓄电池组成混合储能系统,并提出了将混合储能应用于独立光伏发电系统,以优化蓄电池的充放电过程。混合储能系统连接方式有三种,本文采用了一种有源并联方式,即通过功率变换器并联。为了实现储能系统平抑光伏输出功率波动的目标,并提高蓄电池使用寿命,本文采用了一种将并联控制器与充电控制器统一进行控制设计的方法；综合考虑独立光伏系统的容量及外界天气变化影响等因素,针对混合储能系统中的超级电容器和蓄电池两种储能元件进行容量设计,并给出了不同情况下的最优设计方法；最终对提出的混合储能系统的控制策略进行了仿真分析和实验验证。 最后,提出了将超级电容器和蓄电池组成的混合储能系统应用于大规模光伏并网系统之中,并确立了基于双向DC-DC变换器的混合储能系统的控制策略。对双向DC-DC变换器设计了不同的工作模式,以改变其功率流向,实现超级电容器与蓄电池的功率流通。本文选题依托于中电普瑞科技有限公司的10kW光伏储能系统并网示范工程,在本文的最后,介绍了该系统组成设备的各项参数、控制策略及监控系统等内容,并通过实际工程数据验证了混合储能平抑光伏功率波动的正确性。 【关键词】：光伏并网 混合储能 功率平抑 最大功率点追踪 空间矢量调制
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 课题背景12-14
• 1.2 光伏发电类型及研究热点14-17
• 1.2.1 光伏发电分类14-15
• 1.2.2 光伏发电研究方向15-17
• 1.3 储能技术研究现状17-19
• 1.4 本文的主要工作19-20
• 第二章 基于电网电压定向的光伏并网逆变系统控制设计20-42
• 2.1 光伏阵列数学模型及特性分析20-25
• 2.1.1 光伏电池的等效模型20-22
• 2.1.2 光伏电池的电气特性22-25
• 2.2 最大功率点追踪算法研究25-32
• 2.2.1 MPPT工作原理26-27
• 2.2.2 常用MPPT算法介绍27-29
• 2.2.3 一种新型变步长扰动观察法29-32
• 2.3 三相光伏并网逆变器控制策略研究32-39
• 2.3.1 三相并网逆变器的数学模型及解耦控制32-36
• 2.3.2 基于电压定向的矢量控制36
• 2.3.3 电流环的设计36-37
• 2.3.4 三相并网逆变器空间矢量调制(SVPWM)算法37-39
• 2.4 仿真及验证39-41
• 2.5 本章小结41-42
• 第三章 独立光伏储能系统控制设计42-58
• 3.1 可用于光伏电站的储能介质选择42-45
• 3.1.1 储能介质分类42-43
• 3.1.2 各种储能技术比较43-45
• 3.1.3 混合储能介质选择45
• 3.2 混合储能等效模型45-48
• 3.3 独立光伏储能系统控制策略48-55
• 3.3.1 光伏储能系统结构设计48-50
• 3.3.2 控制环节设计50-52
• 3.3.3 混合储能容量设计52-55
• 3.4 仿真及验证55-56
• 3.5 本章小结56-58
• 第四章 并网型光伏混合储能系统功率平抑控制设计58-74
• 4.1 光伏储能并网系统接入方式58-60
• 4.2 双向DC-DC变换器控制策略60-62
• 4.2.1 双向DC-DC变换器等效电路60-61
• 4.2.2 双向DC-DC控制方法61-62
• 4.3 光伏储能并网系统集成设计62-70
• 4.3.1 系统整体设计63
• 4.3.2 系统控制策略63-67
• 4.3.3 子系统参数设计67-70
• 4.4 光伏储能并网系统功率平抑功能验证70-72
• 4.5 本章小结72-74
• 第五章 总结与展望74-76
• 5.1 全文总结74
• 5.2 未来展望74-76
• 参考文献76-82
• 致谢82-84
• 攻读硕士期间所参与的项目84-85
• 学位论文评闽及答辩情况表85

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