鋰電池與超級電容混合儲能技術(shù)及其在風電中的應(yīng)用研究

【摘要】：儲能系統(tǒng)集成應(yīng)用是改善風電場并網(wǎng)特性、提高電網(wǎng)消納風電能力的有效方式。目前，已有多種儲能技術(shù)應(yīng)用于風力發(fā)電中，電池儲能和超級電容儲能的應(yīng)用較為廣泛。但是，受儲能機理和技術(shù)水平限制，單一電池或超級電容儲能無法同時提供大功率和高能量，不能完全滿足平抑風電場功率波動的需求。因此，本文對鋰電池與超級電容相結(jié)合的混合儲能技術(shù)及其在風力發(fā)電中的應(yīng)用進行研究。 首先，對鋰電池和超級電容進行特性分析與建模研究。在比較分析現(xiàn)有等效模型特點的基礎(chǔ)上，確定PNGV模型更適合模擬風電中磷酸鐵鋰電池的特性；重點研究PNGV模型參數(shù)辨識方法，針對放電靜置法辨識開路電壓參數(shù)的不足，提出了連續(xù)充放電實驗法，該方法具有簡單快速的特點；對磷酸鐵鋰電池進行了混合脈沖功率特性試驗，計算得到了模型的電阻和電容參數(shù)。對超級電容的特性及現(xiàn)有模型進行分析，采用簡單RC串聯(lián)模型模擬超級電容特性。分別建立了磷酸鐵鋰電池和超級電容的模型，仿真結(jié)果驗證了模型的有效性。 然后，設(shè)計了混合儲能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，深入研究了混合儲能系統(tǒng)的控制策略?；阡囯姵囟穗妷鹤兓〉奶攸c，提出了鋰電池直接耦合在儲能系統(tǒng)直流母線上的混合儲能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能節(jié)省一套DC/DC變換器，簡化控制過程，降低系統(tǒng)損耗；研究了基于低通濾波原理的風電功率波動平抑控制策略，提出利用混合儲能系統(tǒng)平抑風電功率波動的特定分量，計算得到了混合儲能系統(tǒng)功率控制信號；根據(jù)鋰電池和超級電容的物理特性，提出了相應(yīng)的功率分配策略；給出了滿足平抑過程需求的混合系統(tǒng)功率和容量配置方案。 最后，對混合儲能技術(shù)在風力發(fā)電中的應(yīng)用進行仿真研究?；诂F(xiàn)有的永磁同步風力發(fā)電系統(tǒng)模型，獲得了風電有功功率曲線。以平抑該功率曲線為目標，給出了混合儲能系統(tǒng)功率和容量配置的詳細計算過程，并對鋰電池與超級電容進行了簡單成組設(shè)計。在MATLAB/Simulink環(huán)境中建立了風儲系統(tǒng)模型，仿真結(jié)果顯示，混合儲能系統(tǒng)能有效平抑風力發(fā)電的功率波動，具有顯著的優(yōu)越性。 【關(guān)鍵詞】：風電 混合儲能系統(tǒng) 磷酸鐵鋰電池 超級電容
【學位授予單位】：上海電力學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TM614;TM912;TM53
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 目錄8-10
• 1 緒論10-20
• 1.1 研究背景及意義10
• 1.2 儲能技術(shù)及其在風電中的應(yīng)用分析10-15
• 1.2.1 風電對儲能系統(tǒng)的需求10-11
• 1.2.2 各種儲能技術(shù)及在風電中的應(yīng)用分析11-15
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-18
• 1.3.1 儲能元件建模研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3.2 混合儲能技術(shù)及其在風電中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀16-18
• 1.4 論文的主要工作及章節(jié)安排18-20
• 2 磷酸鐵鋰電池與超級電容的特性分析及其模型研究20-36
• 2.1 引言20
• 2.2 磷酸鐵鋰電池的特性分析及其等效模型20-31
• 2.2.1 磷酸鐵鋰電池的特性分析20-21
• 2.2.2 磷酸鐵鋰電池的等效模型21-24
• 2.2.3 模型的參數(shù)辨識24-29
• 2.2.4 模型仿真分析29-31
• 2.3 超級電容的特性分析及其等效模型31-34
• 2.3.1 超級電容的特性分析31
• 2.3.2 超級電容的等效模型31-33
• 2.3.3 模型仿真分析33-34
• 2.4 小結(jié)34-36
• 3 混合儲能系統(tǒng)設(shè)計與控制策略研究36-48
• 3.1 引言36
• 3.2 混合儲能系統(tǒng)設(shè)計36-42
• 3.2.1 拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計36-38
• 3.2.2 儲能變流器控制方法設(shè)計38-42
• 3.2.3 雙向DC/DC變換器控制方法設(shè)計42
• 3.3 混合儲能系統(tǒng)控制策略研究42-47
• 3.3.1 基于低通濾波器的風電功率波動平抑控制策略44-45
• 3.3.2 混合儲能系統(tǒng)功率分配策略45-46
• 3.3.3 混合儲能系統(tǒng)功率和容量配置方法46-47
• 3.4 小結(jié)47-48
• 4 混合儲能技術(shù)在風力發(fā)電中應(yīng)用的仿真研究48-61
• 4.1 引言48
• 4.2 基于永磁同步發(fā)電機的風力發(fā)電系統(tǒng)建模與仿真48-53
• 4.2.1 風力發(fā)電系統(tǒng)模型48-51
• 4.2.2 算例仿真分析51-53
• 4.3 混合儲能系統(tǒng)功率和容量配置53-55
• 4.4 風儲系統(tǒng)仿真模型55-56
• 4.5 仿真結(jié)果與分析56-60
• 4.6 小結(jié)60-61
• 5 結(jié)論與展望61-63
• 5.1 全文總結(jié)61
• 5.2 工作展望61-63
• 參考文獻63-67
• 附錄 電池部分充放電數(shù)據(jù)67-70
• 致謝70-71
• 攻讀學位期間取得的研究成果71

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