含并聯(lián)光伏逆變器的家用儲能系統(tǒng)研究與設計

【摘要】：全球能源危機的不斷加深和環(huán)境的日益惡化使得能源領域的變革迫在眉睫?！笆濉逼陂g,國家提出了建立“全球能源互聯(lián)網(wǎng)”的戰(zhàn)略部署,僅在新能源領域就提出了包括大力發(fā)展分布式儲能技術在內的多項重要舉措。儲能系統(tǒng)作為連接發(fā)電系統(tǒng)和負荷之間的電能儲備環(huán)節(jié),可以有效解決電能供需矛盾,有力提高電網(wǎng)供電可靠性和安全性。在諸多環(huán)境惡劣、輸電困難、光照充足地區(qū),家用儲能系統(tǒng)的不斷推廣也為我國新能源光伏產業(yè)的發(fā)展帶來了新的契機。因此,開展含多級并聯(lián)光伏逆變器家用儲能系統(tǒng)的課題討論具有很好的前瞻性。本文重點對集逆變、儲能為一體的小功率家用儲能系統(tǒng)進行了研究與設計。介紹了家用儲能系統(tǒng)各部分的工作原理、器件選型和參數(shù)設計。針對傳統(tǒng)的雙閉環(huán)控制策略在磷酸鐵鋰電池組充放電方面存在的不足,本文提出了一種魯棒反演滑模控制策略;在逆變器并聯(lián)運行策略上,提出了一種虛擬磁鏈直接功率控制策略。相關仿真和實驗均證明了所提控制策略的可行性。論文主要完成了以下工作:1.介紹了儲能系統(tǒng)在光伏發(fā)電領域的作用及發(fā)展家用儲能系統(tǒng)的現(xiàn)實意義;闡述了多級逆變器并聯(lián)技術的未來發(fā)展方向和控制策略。2.給出了小功率家用儲能系統(tǒng)的總體設計方案;介紹了系統(tǒng)各組成部分工作原理并進行器件選型和參數(shù)設計;分析比較幾種不同拓撲結構的逆變器后采用了兩級非隔離型拓撲結構;給出了家用儲能系統(tǒng)人機交互界面;分析比較了儲能系統(tǒng)三種不同工作模式。3.選用磷酸鐵鋰電池作為實驗對象,建立了磷酸鐵鋰電池組恒流/恒壓充放電裝置模型,針對傳統(tǒng)雙閉環(huán)控制策略在動態(tài)性能、抑制諧波和平抑電壓大幅度擾動等方面的不足,提出一種魯棒反演滑?？刂撇呗?。分析了魯棒反演滑?？刂葡到y(tǒng)原理并設計了反演滑?？刂破?。仿真與實驗表明:魯棒反演滑?？刂撇呗员入p閉環(huán)控制策略在電池組充放電效率方面更具有優(yōu)勢。4.在并聯(lián)逆變器控制策略上,針對下垂控制策略存在的有功、無功功率的檢測計算復雜、動態(tài)響應、穩(wěn)定性較差和抑制逆變電流總諧波效果不理想的缺點,提出了一種基于虛擬磁鏈的直接功率控制,建立基于虛擬磁鏈定向的并網(wǎng)逆變器的矢量圖和系統(tǒng)仿真模型,仿真與實驗最終證明:定頻的虛擬磁鏈的直接功率控制相比下垂控制策略在動態(tài)響應穩(wěn)定性控制和抑制逆變電流總諧波等方面具有明顯的優(yōu)勢。5.設計小功率家用儲能系統(tǒng)并聯(lián)逆變器的數(shù)字化實現(xiàn)過程。硬件方面:選用三星公司S3C2440A芯片,內部控制部分采用ARM920T微處理器,為了能將系統(tǒng)輸入的較小功率信號放大成能驅動IGBT開通關斷的功率較大的信號,設計了驅動電路。完成電壓、電流檢測電路和過流保護電路的設計。設計了采用PC40材質磁芯、EC35骨架、DPA425芯片的反激式開關電源;軟件方面:基于ADS集成開發(fā)環(huán)境,設計了A/D采樣模塊、PWM生成模塊、鎖相環(huán)和MPPT模塊的軟件程序。6.最后對3kW家用儲能系統(tǒng)進行了仿真和實驗。利用實驗室理想環(huán)境下搭建的3kW儲能系統(tǒng)實驗平臺與峰谷源儲能技術研究院現(xiàn)有的3kW室外儲能項目完成相關實驗,以驗證系統(tǒng)整體設計方案的可行性;設計了光伏陣列的MPPT實驗平臺,尋找模擬自然環(huán)境下3kW儲能系統(tǒng)配備的1500WP太陽能電池板的MPP位置;利用了NBT電池測試系統(tǒng)對3kW家用儲能系統(tǒng)配備的51.2V、100Ah的磷酸鐵鋰電池組的充放電情況進行測試并分析。實驗結果與理論分析基本吻合,基本達到預期目標。 【關鍵詞】：光伏發(fā)電系統(tǒng) 家用儲能系統(tǒng) 并聯(lián)逆變器 實驗平臺
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM464
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 緒論13-20
• 1.1 光伏發(fā)電的現(xiàn)狀和意義13-14
• 1.1.1 傳統(tǒng)能源與太陽能13-14
• 1.1.2 國內外光伏發(fā)電的現(xiàn)狀和發(fā)展14
• 1.2 儲能系統(tǒng)在光伏發(fā)電領域的作用14-17
• 1.2.1 儲能系統(tǒng)中電能存儲方式和電池組充放電控制策略15-16
• 1.2.2 發(fā)展家用儲能系統(tǒng)的現(xiàn)實意義16-17
• 1.3 多級逆變器并聯(lián)技術發(fā)展方向17-18
• 1.4 論文主要研究內容18-20
• 第二章 小功率家用儲能系統(tǒng)總體方案設計20-40
• 2.1 小功率家用儲能系統(tǒng)總體設計方案20
• 2.2 太陽能電池板20-22
• 2.2.1 太陽能電池板拓撲結構20-21
• 2.2.2 太陽能光伏陣列21
• 2.2.3 太陽能電池板選型與參數(shù)設計21-22
• 2.3 太陽能控制器22-24
• 2.3.1 太陽能控制器保護功能22-23
• 2.3.2 太陽能控制器工作原理23-24
• 2.3.3 太陽能控制器選型和參數(shù)設計24
• 2.4 儲能電池系統(tǒng)24-29
• 2.4.1 儲能電池分類24-26
• 2.4.2 儲能電池選型26
• 2.4.3 儲能電池主要參數(shù)26-27
• 2.4.4 儲能電池管理系統(tǒng)27
• 2.4.5 儲能電池系統(tǒng)電池柜27-29
• 2.5 光伏并網(wǎng)逆變器29-33
• 2.5.1 光伏并網(wǎng)逆變器分類29-30
• 2.5.2 隔離型光伏并網(wǎng)逆變器30-31
• 2.5.3 非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器31-32
• 2.5.4 光伏并網(wǎng)逆變器選型與參數(shù)設計32-33
• 2.6 3kW家用儲能系統(tǒng)的技術參數(shù)設置33-34
• 2.7 3kW儲能系統(tǒng)人機交互界面34-35
• 2.8 3kW家用儲能系統(tǒng)工作模式35-39
• 2.8.1 太陽能優(yōu)先模式37
• 2.8.2 市電優(yōu)先輸入模式37-38
• 2.8.3 旁路供電模式38-39
• 2.9 本章小結39-40
• 第三章 儲能電池組充放電控制策略40-52
• 3.1 磷酸鐵鋰電池組恒流/恒壓充放電裝置40-44
• 3.2 電壓外環(huán)電流內環(huán)的控制策略44
• 3.3 魯棒反演滑?？刂撇呗?/span>44-47
• 3.3.1 魯棒反演滑?？刂葡到y(tǒng)45-46
• 3.3.2 反演滑?？刂破鞯脑O計46-47
• 3.4 魯棒反演滑?？刂撇呗韵卖敯粜阅軐嶒?/span>47-48
• 3.5 實驗仿真與結果分析48-51
• 3.6 本章小結51-52
• 第四章 多級并聯(lián)逆變器工作原理及其控制策略52-63
• 4.1 逆變器并聯(lián)控制技術52-54
• 4.1.1 集中控制52-53
• 4.1.2 主從控制53-54
• 4.1.3 3C環(huán)鏈控制54
• 4.2 單相光伏并網(wǎng)逆變器54-55
• 4.3 光伏逆變器并聯(lián)控制策略55-60
• 4.3.1 下垂控制策略55-57
• 4.3.2 VF-DPC控制策略57-58
• 4.3.3 基于PI調節(jié)的定頻VF-DPC控制策略58-60
• 4.4 實驗仿真與結果分析60-62
• 4.4.1 兩種控制策略下電網(wǎng)電壓電流輸出波形60-61
• 4.4.2 兩種控制策略下逆變電流穩(wěn)態(tài)頻譜分析61-62
• 4.5 本章小結62-63
• 第五章 光伏逆變器數(shù)字化系統(tǒng)實現(xiàn)63-78
• 5.1 光伏逆變器硬件電路63-70
• 5.1.1 控制芯片的選擇63-65
• 5.1.2 基于ARM920T控制電路設計65
• 5.1.3 驅動電路設計65-66
• 5.1.4 反激式開關電源設計66-67
• 5.1.5 檢測電路設計67-69
• 5.1.6 過流保護設計69-70
• 5.2 光伏逆變器軟件設計70-76
• 5.2.1 ADS集成開發(fā)工具70-71
• 5.2.2 A/D采樣模塊71-72
• 5.2.3 PWM生成模塊72-74
• 5.2.4 鎖相環(huán)設計74-75
• 5.2.5 MPPT模塊75-76
• 5.3 本章小結76-78
• 第六章 3kW家用儲能系統(tǒng)實驗與仿真78-85
• 6.1 模擬實驗平臺搭建78-79
• 6.2 3kW儲能系統(tǒng)實驗79-81
• 6.3 最大功率點跟蹤實驗81-83
• 6.4 儲能電池充放電實驗83-84
• 6.5 本章小結84-85
• 工作總結與展望85-87
• 參考文獻87-92
• 致謝92-94
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文94

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