微电网光伏及储能协调控制方法研究

【摘要】：光伏发电是一种常见的分布式电源,其清洁环保的特性受到电力行业的重视。然而,由于光照强度、温度等环境因数的影响,光伏发电具有明显的间歇性。为了改善这个问题,通常在光伏发电系统中加入混合储能系统。混合储能系统中的大容量器件锂电池可以对系统进行削峰填谷,保证用电的可靠性；大功率器件超级电容可以响应频率调节,改善供电的电能质量。因此,本文对光伏发电中的光伏阵列和储能系统的协调控制进行了研究,其主要研究内容如下：首先,本文以光伏阵列作为单一的分布式电源,使用单二极管等效电路模型建立了峰值功率为180kW的光伏阵列。本文在分析了两种传统最大功率点跟踪算法的基础上,介绍了一种改进的控制算法——“电导增量+积分调节”控制算法,在Simulink环境下对算法进行了仿真研究,结果表明该算法不仅能准确地跟踪光伏阵列的最大输出功率,而且能快速响应光照强度的变化。其次,本文在考虑了双向直流变换器两端滤波电路对模型影响的条件下,采用状态空间平均法建立了输出端和输入端均带有滤波电路的半桥式Buck/Boost变换器的大信号模型和小信号模型,并且理论推导了占空比、电感电流等扰动电量到输出电压扰动的传递函数。在Simulink环境下建立了半桥式Buck/Boost变换器的小信号模型和控制系统,整定了系统的PI参数。结果表明,建立的小信号模型是正确的,而且在控制策略下,系统响应快、鲁棒性好。最后,根据光伏阵列、磷酸铁锂电池以及超级电容器堆的实时工况,研究了一种通过协调控制光伏阵列侧的Boost变换器和两个双向直流变换器的工作模式来实现光伏阵列、磷酸铁锂电池以及超级电容器堆协调工作的能量管理方案。根据磷酸铁锂电池堆和超级电容器堆的互补特性,使用低通滤波对混合储能功率进行平滑处理。本文在上述基础上,建立了光伏和混合储能的协调控制仿真模型,仿真结果表明：本文使用的协调控制方案可以使Boost变换器和两个双向直流变换器在不同的工作模式下进行切换,完成整个系统的能量管理,保证了系统快速、稳定地响应。低通滤波控制避免了大功率电流对磷酸铁锂电池堆的冲击,延长了电池的寿命,改善了系统的功率输出能力。 【关键词】：微电网 光伏系统 混合储能 协调控制 能量管理
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615;TM46
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第一章 绪论13-19
• 1.1 课题研究背景及意义13-14
• 1.2 微电网光伏的研究现状14-16
• 1.3 微电网光伏中混合储能技术的研究现状16-17
• 1.4 本文主要工作17-19
• 第二章 微电网光伏系统的建模19-51
• 2.1 光伏的建模19-26
• 2.1.1 太阳电池的建模19-21
• 2.1.2 光伏阵列的建模21-22
• 2.1.3 光伏阵列的Simulink模型与仿真分析22-26
• 2.2 单向DC/DC变换器的建模26-37
• 2.2.1 单向DC/DC变换器26-28
• 2.2.2 Buck变换器模型28-33
• 2.2.3 Boost变换器模型33-37
• 2.3 双向直流-直流变换器的建模37-48
• 2.3.1 BDC的简介37-38
• 2.3.2 BDC的工作原理38-40
• 2.3.3 BDC大信号线性模型40-43
• 2.3.4 半桥式BDC的小信号模型43-46
• 2.3.5 模型的验证及分析46-48
• 2.4 本章小结48-51
• 第三章 微电网光伏系统的底层控制51-85
• 3.1 单向直流-直流变换器的控制51-58
• 3.1.1 光伏最大功率点的跟踪51
• 3.1.2 最大功率跟踪方法51-52
• 3.1.3 恒压MPPT算法52-53
• 3.1.4 改进的电导增量MPPT算法53-56
• 3.1.5 基于Boost变换器的MPPT仿真分析56-58
• 3.2 磷酸铁锂电池充放电控制58-70
• 3.2.1 磷酸铁锂电池简介58-61
• 3.2.2 LFP电池的充放电特性61-62
• 3.2.3 磷酸铁锂电池堆的设计62-64
• 3.2.4 LFP充电和过压保护控制64-68
• 3.2.5 LFP恒流放电和欠压保护控制68-70
• 3.3 超级电容充放电控制70-75
• 3.3.1 超级电容的充放电特性71-72
• 3.3.2 超级电容堆的过/欠压保护72-73
• 3.3.3 仿真分析73-75
• 3.4 双向直流变换器的控制75-83
• 3.4.1 PI控制76-77
• 3.4.2 BDC的Buck方向控制77-81
• 3.4.3 BDC的Boost方向控制81-83
• 3.5 本章小结83-85
• 第四章 微电网光伏系统能量管理系统85-99
• 4.1 混合储能能量管理控制策略85-88
• 4.2 微电网光伏系统的能量管理控制88-91
• 4.2.1 工作模式的选择88-90
• 4.2.2 系统能量管理控制策略90-91
• 4.3 微电网光储系统的结构和控制的仿真验证91-96
• 4.3.1 微电网光储系统的设计91-92
• 4.3.2 仿真结果和分析92-96
• 4.4 本章小结96-99
• 第五章 总结与展望99-101
• 5.1 总结99
• 5.2 展望99-101
• 致谢101-103
• 参考文献103-109
• 附录 攻读硕士期间发表的论文109

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