储能型光伏发电系统最大功率跟踪及无静差并网控制研究

【摘要】：储能型并网光伏发电系统将输出电能并入电网，在此基础上配置储能环节，光伏电池、储能环节及电网三者协同工作能够实现能量的高效合理利用。但是受外界环境及负载变化影响，输出功率具有随机性，无法保证供电的稳定性及连续性，且如何提高光伏电池板转化效率、解决并网谐波污染问题也是实际应用中需要解决的问题。 本文以储能型并网光伏发电系统为背景。研究了最大功率点跟踪技术，以提高光伏转换效率；设计了储能环节的容量配置方案及充放电管理以实现太阳能的优化利用；针对并网逆变过程容易产生高次谐波污染，合理设计滤波环节以改善电能质量；并就光伏发电系统无静差控制进行研究，以提高并网效率。本文的研究内容主要有： (1).最大功率跟踪技术研究。针对传统跟踪方法在外界环境剧烈变化时出现误判、振动现象，在最大功率点附近的功率波动损耗问题。本文在深入研究光伏电池输出特性的基础之上，结合传统扰动干扰法，得到了一种基于比例系数的改进型跟踪算法，在Matlab/Simulink中实现，并通过了对比试验验证算法的有效性。 (2).储能环节容量配置及充放电管理。传统光伏发电系统无法保证供电的连续性及稳定性，在电网与系统间存在频繁的功率波动问题。本文在光伏并网的基础之上引入储能环节，以保证稳定可靠供电，对电网电压起到“削峰填谷”的作用。根据储能环节在系统中的的不同功能，分别设计了容量配置方案。采用了双向DC-DC变换结构作为充电电路，结合蓄电池的三段式充电方法，设计了恒流式、恒压式充放电的控制方法。 (3).光伏并网滤波环节设计及无静差控制研究。针对逆变过程中因PWM调制波产生的高频谐波污染，设计了LCL滤波装置，并设计了有源阻尼方案以改善系统的稳态性能；针对传统PI调节器的缺陷，采用了“谐振调节器”实现对给定正弦工频指令信号无静差跟踪。针对电网电压频率波动情况下调节器的缺陷，对谐振调节器做出了改进。实验结果表明输出电流与电网电压同频、同相，有效减少并网电流总谐波失真(THD)使之符合国家规定标准。 【关键词】：光伏系统 最大功率点跟踪 储能 无静差并网
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 研究背景与意义9-11
• 1.1.1 光伏发电的优势及缺点9
• 1.1.2 光伏发电系统分类9-10
• 1.1.3 并网型发电系统存在问题10-11
• 1.2 引入储能环节的光伏发电系统11-14
• 1.2.2 储能型光伏发电系统的优点11-12
• 1.2.3 储能型并网光伏系统拓扑结构及能流模型12-14
• 1.3 光伏并网发电技术需要研究的问题14-15
• 1.4 主要研究内容15
• 1.5 论文结构15-16
• 1.6 本章小结16-17
• 2 光伏电池模型及输出特性研究17-29
• 2.1 太阳能光伏电池模型17-22
• 2.1.1 光伏电池工作原理17-18
• 2.1.2 光伏电池等效模型18-20
• 2.1.3 光伏电池特性分析20-22
• 2.2 光伏电池仿真建模22-27
• 2.2.1 光伏电池数学模型简化22-24
• 2.2.2 光伏电池模型及仿真24-25
• 2.2.3 光伏电池输出特性主要影响因素分析25-27
• 2.3 本章小结27-29
• 3 光伏阵列最大功率点跟踪技术研究29-47
• 3.1 MPPT 技术原理29-33
• 3.1.1 MPPT 过程29-30
• 3.1.2 常规 MPPT 跟踪方法30-33
• 3.2 扰动观测 MPPT 跟踪算法及其仿真33-39
• 3.2.1 扰动观测法工作原理33-35
• 3.2.2 扰动观测法仿真分析35-37
• 3.2.3 常规扰动观察法的问题讨论37-39
• 3.3 干扰观察法改进39-45
• 3.3.1 变步长干扰观察法40
• 3.3.2 基于比例系数的干扰观察法40-45
• 3.4 本章小结45-47
• 4 储能环节容量配置及充放电控制设计47-65
• 4.1 储能技术选择47-48
• 4.2 蓄电池容量配置48-52
• 4.2.1 作为后备电源的容量配置48
• 4.2.2 作为抑制功率波动的容量配置48-52
• 4.3 基于双向 DC-DC 变换器的充放电管理52-63
• 4.3.1 蓄电池充电方式52-53
• 4.3.2 双向 DC-DC 电路拓扑53-55
• 4.3.3 双向半桥 DC-DC 变换器小信号模型55-58
• 4.3.4 充放电控制器设计58-63
• 4.4 本章小结63-65
• 5 并网逆变器设计及无静差控制策略研究65-85
• 5.1 并网逆变器的电路拓扑设计65-69
• 5.1.1 并网逆变器的分类65-67
• 5.1.2 非隔离型光伏并网逆变器67-68
• 5.1.3 整体逆变器拓扑设计68-69
• 5.2 光伏逆变器控制策略69-76
• 5.2.1 并网逆变器的控制方式及目标69
• 5.2.2 并网逆变器建模69-71
• 5.2.3 有源逆变控制结构设计71-76
• 5.3 光伏逆变控制器设计76-81
• 5.3.1 基于谐振调节器(PR)的逆变并网控制76-78
• 5.3.2 改进型 PR 调节器设计78-81
• 5.4 仿真结果及分析81-83
• 5.5 本章小结83-85
• 6 总结与展望85-87
• 6.1 工作总结85
• 6.2 工作展望85-87
• 致谢87-89
• 参考文献89-93
• 附录93
• A 作者在攻读学位期间发表的论文目录93

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