含蓄电池储能的分布式光伏发电控制策略研究

【摘要】：能源匮乏、环境污染以及电力需求增长给新能源分布式发电带来良好的发展契机。而在分布式发电系统中增加储能装置,能使其利用潜力更大,不仅能够为负载不间断供电,也可以更好的渗透于大电网中。合理有效的分布式电源控制技术是实现分布式电源与大电网并网发电的关键,成为近些年研究的热点。 本文首先阐述光伏发电和蓄电池储能系统原理和特性。以并网逆变器作为分布式电源并网接口方式,研究两种控制策略：PQ控制和下垂控制,介绍其原理,并在Simulink中搭建模型进行仿真验证。 其次,研究了前级电源光伏-蓄电池发电系统。针对光伏组网单元直流侧蓄电池双向DC/DC变换器研究了两种控制方法：功率外环电流内环和电压外环电流内环,并在模拟光照强度变化情况下进行仿真对比,结果表明功率外环电流内环能精准控制蓄电池输出功率,但不能直接控制直流母线电压,会随着能量波动而波动；而电压外环电流内环能直接对直流母线电压进行控制,利用直流母线电压高低来间接控制输出功率,更符合分布式光伏发电系统的实际应用,有效防止非计划性孤岛等情况,确保逆变器输出稳定。验证了通过蓄电池的充放电控制,能平抑光伏电池输出波动,保证逆变器前端直流母线电压很好地稳定在额定值。 再次,设计了改进型的下垂控制。针对传统的V-Q下垂控制因未考虑线路压降情况导致无功分配有不准确、以及采用下垂控制造成的系统电压频率的误差,对下垂控制算法进行改进,通过引入线路压降和频率电压算法恢复有效地改善了无功分配不准和电压频率偏离额定值的情况。 最后,将光-储系统接入微电网运行,搭建微电网仿真模型,研究其运行特性和控制策略。针对并网孤岛运行两种模式的平滑切换,研究了单模式和双模式控制策略,并各自进行仿真算例与对比。在PQ-Droop切换控制下,分析切换过程中波动振荡较大的原因,当DG提供的功率无法满足负荷所需,功率差额较大,无法平滑切换的情况,为保证对重要负荷的不间断供电,需切除次要负荷动作,研究了切负荷方法,比较一次切负荷和分开切负荷对于降低切换暂态振荡的效果。结果表明分开切负荷能有效降低暂态振荡,使得平稳过渡并稳定运行于孤岛运行模式。 【关键词】：分布式电源 光伏发电 蓄电池储能 下垂控制 孤岛/并网双模式 平滑切换
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615;TM912
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 目录9-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 课题研究背景及意义11-12
• 1.2 分布式发电技术12
• 1.3 国内外研究现状12-13
• 1.4 分布式发电系统的并网标准13-14
• 1.5 论文主要工作14-16
• 第2章 光伏发电系统与蓄电池储能系统16-23
• 2.1 光伏发电系统16-20
• 2.1.1 光伏电池特性简介16-18
• 2.1.2 光伏电池最大功率点跟踪技术18-19
• 2.1.3 光伏并网发电系统类型19-20
• 2.2 蓄电池储能系统20-22
• 2.2.1 蓄电池电路模型介绍20
• 2.2.2 蓄电池的充放电控制方式20-21
• 2.2.3 蓄电池的容量选择21-22
• 2.3 分布式电源接口形式22
• 2.4 本章小结22-23
• 第3章 光伏发电系统中并网逆变器控制策略23-38
• 3.1 三相PWM逆变器建模与滤波器设计23-29
• 3.1.1 基于dq坐标系下的三相逆变器模型23-25
• 3.1.2 滤波器参数设计25-26
• 3.1.3 变换器参数设计26-27
• 3.1.4 锁相环技术27-29
• 3.2 并网逆变器的控制策略29-37
• 3.2.1 PQ控制29-33
• 3.2.2 下垂控制33-37
• 3.3 本章小结37-38
• 第4章 含蓄电池储能的光伏发电系统功率控制策略38-52
• 4.1 含蓄电池储能的光伏发电功率平抑系统结构38-40
• 4.1.1 光伏发电功率控制系统结构38
• 4.1.2 功率波动对电网的影响38-39
• 4.1.3 双向DC/DC变换器的参数设计39-40
• 4.2 光伏DG直流侧蓄电池储能系统控制40-42
• 4.2.1 储能系统的运行工况40-41
• 4.2.2 蓄电池双向DC/DC变换器控制策略41-42
• 4.3 双向DC/DC变流器采用不同控制方法的仿真研究42-47
• 4.3.1 对蓄电池充放电采用功率外环电流内环控制43-45
• 4.3.2 对蓄电池充放电采用电压外环电流内环控制45-47
• 4.4 基于蓄电池储能的光伏发电系统功率控制47-51
• 4.5 本章小结51-52
• 第5章 光-储系统接入微电网运行控制策略研究52-79
• 5.1 微电网的运行模式52-53
• 5.2 并联DG独立运行功率分配控制策略53-64
• 5.2.1 分布式电源并联有功负荷分配54-58
• 5.2.2 分布式电源并联无功负荷分配58-62
• 5.2.3 频率电压恢复算法62-64
• 5.3 微电网的运行模式平滑切换控制策略研究64-71
• 5.3.1 平滑切换控制策略研究64-65
• 5.3.2 并网和孤岛两种模式采用下垂控制65-68
• 5.3.3 并网PQ-孤岛Droop控制68-71
• 5.3.4 两种平滑切换控制策略比较71
• 5.4 切负荷仿真71-77
• 5.4.1 单机切负荷72-75
• 5.4.2 多机切负荷75-77
• 5.5 本章小结77-79
• 结论与展望79-81
• 致谢81-82
• 参考文献82-86
• 攻读硕士学位期间发表论文及参与科研项目86

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