基于光伏—混合儲(chǔ)能的直流微網(wǎng)運(yùn)行控制研究

【摘要】：太陽能光伏發(fā)電以其清潔無污染、安裝靈活等優(yōu)點(diǎn)成為國內(nèi)外研究熱點(diǎn)。如果將光伏發(fā)電直接接入電網(wǎng),其隨機(jī)性和間歇性會(huì)對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行與控制造成一定影響,將其以微網(wǎng)的形式接入配電網(wǎng)則能很好地解決上述問題。而微網(wǎng)中光伏陣列和儲(chǔ)能裝置輸出的都是直流電,需要通過逆變器才能接入微網(wǎng),其轉(zhuǎn)換過程會(huì)產(chǎn)生大量電能損耗以及影響電能品質(zhì)。同時(shí),由于目前直流設(shè)備的使用日益增多,直流電需求呈上升趨勢(shì)。因此,研究直流微網(wǎng)具有較高的理論意義及實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本文針對(duì)住宅和辦公樓宇的光儲(chǔ)直流微網(wǎng)展開研究,主要研究內(nèi)容如下：首先,在研究直流微網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,提出一種適用于住宅和辦公樓宇的光儲(chǔ)直流微網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),主要包括光伏發(fā)電單元、儲(chǔ)能單元、負(fù)載單元以及公用電網(wǎng)單元,闡述了該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。對(duì)其中光伏電源進(jìn)行建模仿真與分析,選擇一種基于變步長擾動(dòng)的最大功率跟蹤方法,通過仿真證明其具有良好的尋優(yōu)精確度及響應(yīng)速度。其次,對(duì)比各種儲(chǔ)能介質(zhì)的主要性能,綜合考慮能量密度、功率密度、使用壽命以及環(huán)境保護(hù)等因素,選擇鋰離子電池和超級(jí)電容器構(gòu)成混合儲(chǔ)能系統(tǒng),并將其以有源架構(gòu)方式接入微網(wǎng)。對(duì)其中儲(chǔ)能控制器進(jìn)行小信號(hào)建模分析,并說明了離網(wǎng)和并網(wǎng)運(yùn)行下混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量配置原則。然后,提出基于無逆潮流并網(wǎng)的光儲(chǔ)直流微網(wǎng)運(yùn)行控制策略。針對(duì)直流微網(wǎng)可能出現(xiàn)的運(yùn)行情況,將其分成四種工作模式,包括普通放電模式、普通充電模式、極端過放模式以及極端過充模式。根據(jù)直流母線電壓波動(dòng)和儲(chǔ)能電池容量變化論述了各工作模式之間的平滑轉(zhuǎn)換原則。在詳細(xì)分析各單元功率轉(zhuǎn)換器協(xié)調(diào)控制的基礎(chǔ)上,提出一種基于能量均衡的直流母線電壓控制策略,以儲(chǔ)能單元的能量調(diào)節(jié)為主,其他單元的能量交換為輔,相互配合使系統(tǒng)總能量達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡,維持整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定高效運(yùn)行。最后,在Matlab中對(duì)光儲(chǔ)直流微網(wǎng)的運(yùn)行控制進(jìn)行建模與仿真分析。主要考慮微網(wǎng)中兩種功率不平衡的情況,包括光伏發(fā)電輸出功率單獨(dú)變化和負(fù)載消耗功率單獨(dú)變化,分別對(duì)普通充放電模式、極端過放模式以及極端過充模式下微網(wǎng)運(yùn)行控制進(jìn)行仿真分析。仿真結(jié)果證明了所提工作模式下微網(wǎng)運(yùn)行控制策略的正確性。 【關(guān)鍵詞】：直流微網(wǎng) 光伏發(fā)電 混合儲(chǔ)能 無逆潮流并網(wǎng) 能量均衡
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM732;TM615
【目錄】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第1章 緒論12-16
• 1.1 課題的研究背景與意義12-13
• 1.2 國內(nèi)外直流微網(wǎng)的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 儲(chǔ)能技術(shù)在直流微網(wǎng)中的應(yīng)用14
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容14-16
• 第2章 直流微網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及光伏電池建模仿真16-28
• 2.1 直流微網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)16-20
• 2.1.1 直流微網(wǎng)的結(jié)網(wǎng)方式16-17
• 2.1.2 直流微網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)17-18
• 2.1.3 光儲(chǔ)直流微網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)18-20
• 2.2 光伏發(fā)電單元建模與仿真分析20-27
• 2.2.1 光伏電池?cái)?shù)學(xué)建模20-21
• 2.2.2 光伏電池工作特性分析21-23
• 2.2.3 最大功率跟蹤方法選擇23-27
• 2.3 本章小結(jié)27-28
• 第3章 直流微網(wǎng)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)28-45
• 3.1 儲(chǔ)能方式的選擇28-30
• 3.2 混合儲(chǔ)能介質(zhì)工作特性分析30-37
• 3.2.1 鋰離子電池工作原理30-32
• 3.2.2 鋰離子電池等效模型與充放電特性分析32-35
• 3.2.3 超級(jí)電容器等效模型與充放電分析35-37
• 3.3 混合儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)37-39
• 3.4 儲(chǔ)能控制器設(shè)計(jì)39-42
• 3.4.1 儲(chǔ)能雙向DC-DC變換器39-40
• 3.4.2 雙向Buck-Boost變換器的小信號(hào)建模40-42
• 3.5 混合儲(chǔ)能容量配置原則42-44
• 3.5.1 離網(wǎng)型直流微網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)容量匹配研究42-43
• 3.5.2 并網(wǎng)型直流微網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)容量匹配研究43-44
• 3.6 本章小結(jié)44-45
• 第4章 光儲(chǔ)直流微網(wǎng)無逆潮流并網(wǎng)運(yùn)行控制45-60
• 4.1 光儲(chǔ)直流微網(wǎng)無逆潮流并網(wǎng)45-49
• 4.1.1 基于無逆潮流并網(wǎng)的直流微網(wǎng)工作模式46-48
• 4.1.2 直流微網(wǎng)工作模式轉(zhuǎn)換原則48-49
• 4.2 各單元功率變換器控制策略49-57
• 4.2.1 光伏發(fā)電單元Boost變流器控制策略49-50
• 4.2.2 儲(chǔ)能單元雙向Buck-Boost變流器控制策略50-53
• 4.2.3 負(fù)載單元變流器控制策略53-56
• 4.2.4 無逆潮流并網(wǎng)變流器控制策略56-57
• 4.3 直流母線電壓控制策略57-59
• 4.4 本章小結(jié)59-60
• 第5章 光儲(chǔ)直流微網(wǎng)運(yùn)行控制的仿真分析60-70
• 5.1 光儲(chǔ)直流微網(wǎng)Matlab建模60-61
• 5.2 光伏發(fā)電輸出功率變化時(shí)的運(yùn)行特性分析61-65
• 5.3 負(fù)載消耗功率變化時(shí)的運(yùn)行特性分析65-69
• 5.4 本章小結(jié)69-70
• 第6章 結(jié)論與展望70-72
• 參考文獻(xiàn)72-76
• 致謝76-77
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文及申請(qǐng)的專利77-78
• 攻讀學(xué)位期間參加的科研工作78-79
• 附件79

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