并網(wǎng)光伏電站中混合儲能的控制與容量優(yōu)化策略的研究

【摘要】：隨著世界經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展,一次能源的消耗速度十分驚人,這就導(dǎo)致了全世界范圍內(nèi)的環(huán)境問題和能源危機(jī)。分布式能源,尤其是太陽能發(fā)電的大規(guī)模應(yīng)用是解決當(dāng)前世界能源、環(huán)境突出問題的有效途徑。但是太陽能發(fā)電隨機(jī)性強(qiáng)、波動性大和出力變化快的特點(diǎn)影響著系統(tǒng)的調(diào)度和機(jī)組出力的計劃,甚至可能對電能質(zhì)量及電網(wǎng)運(yùn)行產(chǎn)生影響。 在光伏電站側(cè)接入儲能設(shè)備,配合大規(guī)模光伏電站接入電網(wǎng),在很大程度上能解決光伏發(fā)電的隨機(jī)性、波動性問題,可以實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電的平滑輸出,能提升電網(wǎng)消納能力,增強(qiáng)電網(wǎng)穩(wěn)定性和電能質(zhì)量水平。然而能量型儲能元件更適合長時響應(yīng)、功率型儲能元件更適合快速響應(yīng),只有混合儲能才能兼具兩種優(yōu)點(diǎn),更好的吞吐功率。因此對混合儲能的控制和優(yōu)化策略研究尤顯重要。本文從光伏電站中各元件的特性分析與建模、逆變器控制、混合儲能的控制策略以及大型光伏電站中混合儲能的容量優(yōu)化配置幾方面進(jìn)行了研究和討論。 (1)分析了并網(wǎng)光伏電站中的組成元件和系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),分析了混合儲能各種接入方法的優(yōu)缺點(diǎn)。針對其中光伏電池、鋰電池和超級電容器進(jìn)行了特性分析和建模,并給出了Boost變換器、Buck/Boost變換器和逆變器的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 (2)分析了恒功率控制的控制目標(biāo)、原理和控制框圖,設(shè)計了功率環(huán)、PI電流控制和鎖相環(huán)。通過仿真測試,驗證了所搭建模型的有效性。提出了基于超級電容器電壓的混合儲能控制策略,根據(jù)充放電狀態(tài)和超級電容器的電壓,判定超級電容器和鋰電池各自的運(yùn)行狀態(tài),精確控制了儲能元件的充放電過程。達(dá)到了合理的利用儲能系統(tǒng)的容量,延長了鋰電池的使用壽命的目的。通過仿真,驗證了該控制策略的可行性,并分析了對輸送功率的平抑情況。 (3)在對混合儲能容量進(jìn)行優(yōu)化時,統(tǒng)計學(xué)方法和利用HOMER軟件的方法,各有優(yōu)缺點(diǎn),但都不能很好的處理并網(wǎng)光伏電站中混合儲能的容量優(yōu)化問題。因此本文提出了結(jié)合HOMER軟件和統(tǒng)計學(xué)方法的綜合性容量優(yōu)化方案,使用兩級優(yōu)化來合理配置混合儲能的容量。首先利用HOMER仿真運(yùn)算,得出鋰電池的功率容量和儲能容量,完成初級優(yōu)化。再利用統(tǒng)計學(xué)方法,對鋰電池容量進(jìn)行機(jī)會約束,在不同置信水平運(yùn)用遺傳算法下,得到了鋰電池和超級電容器應(yīng)當(dāng)配置的數(shù)量,完成次級優(yōu)化,并最終獲得了經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的方案。 (4)通過資料獲取了各種環(huán)境參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)和經(jīng)濟(jì)參數(shù)。利用實(shí)驗室現(xiàn)有4.5kW光伏電池板和光伏電能監(jiān)測網(wǎng)關(guān)得到了每日光伏輸出功率,并依此推算出了3MW光伏電站數(shù)十種典型的輸送功率參考值。使用HOMER軟件仿真出了僅使用鋰電池儲能時的最優(yōu)方案。依據(jù)算得的鋰電池的數(shù)量和鋰電池元件參數(shù),得到了系統(tǒng)總體功率容量和儲能容量規(guī)模。運(yùn)用機(jī)會約束的方法,在不同的置信水平下使用遺傳算法,算出了經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)時的鋰電池和超級電容器各自的功率容量和儲能容量,達(dá)到了容量優(yōu)化的目標(biāo)。最后分析了光照強(qiáng)度、鋰電池壽命等容易發(fā)生變化的敏感性變量對長期的運(yùn)行的影響。 【關(guān)鍵詞】：并網(wǎng)光伏 混合儲能 控制策略 容量優(yōu)化 HOMER 統(tǒng)計學(xué)
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM615
【目錄】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-22
• 1.1 選題背景和意義12-13
• 1.2 太陽能發(fā)電概況13-18
• 1.2.1 光伏發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀13-17
• 1.2.2 太陽能發(fā)電特點(diǎn)17-18
• 1.3 混合儲能控制技術(shù)及容量優(yōu)化研究現(xiàn)狀18-20
• 1.3.1 混合儲能控制技術(shù)研究現(xiàn)狀18-20
• 1.3.2 容量優(yōu)化配置研究現(xiàn)狀20
• 1.4 本文的主要內(nèi)容20-22
• 第二章 含混合儲能光伏電站的結(jié)構(gòu)與建模22-38
• 2.1 常見儲能類型及選擇22-24
• 2.2 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)24-27
• 2.3 太陽能光伏發(fā)電27-31
• 2.3.1 光伏電池模型27-29
• 2.3.2 光伏電池特性29-30
• 2.3.3 光伏陣列最大功率控制30-31
• 2.4 鋰電池31-33
• 2.4.1 鋰電池內(nèi)阻模型31-32
• 2.4.2 鋰電池充放電特性32-33
• 2.5 超級電容器33-35
• 2.6 功率變換器35-36
• 2.7 本章總結(jié)36-38
• 第三章 混合儲能系統(tǒng)的控制38-52
• 3.1 逆變器控制方式38-42
• 3.1.1 恒功率控制38-40
• 3.1.2 PI電流控制40-41
• 3.1.3 鎖相環(huán)41-42
• 3.2 混合儲能控制策略42-45
• 3.2.1 超級電容器電壓狀態(tài)43
• 3.2.2 基于超級電容器電壓狀態(tài)的混合儲能控制策略43-45
• 3.3 仿真分析45-49
• 3.4 本章總結(jié)49-52
• 第四章 并網(wǎng)光伏電站中混合儲能的容量優(yōu)化52-64
• 4.1 統(tǒng)計學(xué)優(yōu)化方法52-56
• 4.1.1 光伏預(yù)測52-53
• 4.1.2 輸送功率參考值53-54
• 4.1.3 功率容量54-55
• 4.1.4 儲能容量55-56
• 4.2 HOMER優(yōu)化軟件56-58
• 4.2.1 HOMER元件57-58
• 4.2.2 HOMER仿真流程58
• 4.3 綜合性容量優(yōu)化方案58-62
• 4.3.1 HOMER初級優(yōu)化59
• 4.3.2 統(tǒng)計學(xué)方法次級優(yōu)化59-62
• 4.4 本章總結(jié)62-64
• 第五章 容量優(yōu)化配置的算例分析64-72
• 5.1 仿真參數(shù)64-69
• 5.1.1 環(huán)境參數(shù)64-65
• 5.1.2 元件參數(shù)65-67
• 5.1.3 輸送功率參考值67-69
• 5.1.4 可供選擇的優(yōu)化范圍69
• 5.2 HOMER仿真69
• 5.3 混合儲能容量分配69-70
• 5.4 敏感性分析70-71
• 5.5 本章總結(jié)71-72
• 第六章 總結(jié)與展望72-76
• 6.1 全文總結(jié)72-73
• 6.2 工作展望73-76
• 參考文獻(xiàn)76-82
• 致謝82-84
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文84

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