基于混合儲(chǔ)能的光伏并網(wǎng)功率平抑控制研究

【摘要】：隨著化石燃料的日益減少,可再生能源發(fā)電發(fā)展迅猛,但隨之而來(lái)的缺陷也暴露無(wú)遺。在眾多可再生能源中,太陽(yáng)能的使用范圍非常廣泛。但光伏發(fā)電由于受日照強(qiáng)度、溫度等的影響,會(huì)產(chǎn)生較大波動(dòng)的功率,所以在大規(guī)模并網(wǎng)技術(shù)中仍存在些許問(wèn)題。本文針對(duì)光伏發(fā)電因光照強(qiáng)度與溫度變化而導(dǎo)致的發(fā)電功率波動(dòng)問(wèn)題,提出一種儲(chǔ)能型光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng),以抑制并網(wǎng)功率的波動(dòng)。以光伏發(fā)電最大功率跟蹤和并網(wǎng)逆變控制為基礎(chǔ),引入蓄電池和超級(jí)電容器組成的混合儲(chǔ)能系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏發(fā)電功率削峰填谷、達(dá)到平抑功率的效果。 首先,本文以單級(jí)式光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的綜合控制策略為研究對(duì)象,對(duì)光伏陣列數(shù)學(xué)模型、最大功率點(diǎn)跟蹤方法、單級(jí)式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其數(shù)學(xué)模型等問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究。并提出了一種變步長(zhǎng)的最大功率點(diǎn)追蹤(MPPT)算法,與定步長(zhǎng)的MPPT算法相比,響應(yīng)速度更快,尋優(yōu)過(guò)程更精確,能夠更好地避免因?qū)ふ易畲蠊β庶c(diǎn)而產(chǎn)生的系統(tǒng)振蕩。本文針對(duì)光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的控制策略,提出了采用空間矢量調(diào)制(SVPWM)的方法產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào),充分利用該方法的諧波含量低、直流電壓利用率高等優(yōu)勢(shì),最終確定基于SVPWM控制的單級(jí)式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的綜合控制策略。 其次,本文通過(guò)比較各種儲(chǔ)能技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn),選擇了將超級(jí)電容器和蓄電池組成混合儲(chǔ)能系統(tǒng),并提出了將混合儲(chǔ)能應(yīng)用于獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng),以?xún)?yōu)化蓄電池的充放電過(guò)程?；旌蟽?chǔ)能系統(tǒng)連接方式有三種,本文采用了一種有源并聯(lián)方式,即通過(guò)功率變換器并聯(lián)。為了實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)平抑光伏輸出功率波動(dòng)的目標(biāo),并提高蓄電池使用壽命,本文采用了一種將并聯(lián)控制器與充電控制器統(tǒng)一進(jìn)行控制設(shè)計(jì)的方法；綜合考慮獨(dú)立光伏系統(tǒng)的容量及外界天氣變化影響等因素,針對(duì)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)中的超級(jí)電容器和蓄電池兩種儲(chǔ)能元件進(jìn)行容量設(shè)計(jì),并給出了不同情況下的最優(yōu)設(shè)計(jì)方法；最終對(duì)提出的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制策略進(jìn)行了仿真分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 最后,提出了將超級(jí)電容器和蓄電池組成的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用于大規(guī)模光伏并網(wǎng)系統(tǒng)之中,并確立了基于雙向DC-DC變換器的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制策略。對(duì)雙向DC-DC變換器設(shè)計(jì)了不同的工作模式,以改變其功率流向,實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容器與蓄電池的功率流通。本文選題依托于中電普瑞科技有限公司的10kW光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)并網(wǎng)示范工程,在本文的最后,介紹了該系統(tǒng)組成設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)、控制策略及監(jiān)控系統(tǒng)等內(nèi)容,并通過(guò)實(shí)際工程數(shù)據(jù)驗(yàn)證了混合儲(chǔ)能平抑光伏功率波動(dòng)的正確性。 【關(guān)鍵詞】：光伏并網(wǎng) 混合儲(chǔ)能 功率平抑 最大功率點(diǎn)追蹤 空間矢量調(diào)制
【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】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TM615
【目錄】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 緒論12-20
• 1.1 課題背景12-14
• 1.2 光伏發(fā)電類(lèi)型及研究熱點(diǎn)14-17
• 1.2.1 光伏發(fā)電分類(lèi)14-15
• 1.2.2 光伏發(fā)電研究方向15-17
• 1.3 儲(chǔ)能技術(shù)研究現(xiàn)狀17-19
• 1.4 本文的主要工作19-20
• 第二章 基于電網(wǎng)電壓定向的光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)20-42
• 2.1 光伏陣列數(shù)學(xué)模型及特性分析20-25
• 2.1.1 光伏電池的等效模型20-22
• 2.1.2 光伏電池的電氣特性22-25
• 2.2 最大功率點(diǎn)追蹤算法研究25-32
• 2.2.1 MPPT工作原理26-27
• 2.2.2 常用MPPT算法介紹27-29
• 2.2.3 一種新型變步長(zhǎng)擾動(dòng)觀察法29-32
• 2.3 三相光伏并網(wǎng)逆變器控制策略研究32-39
• 2.3.1 三相并網(wǎng)逆變器的數(shù)學(xué)模型及解耦控制32-36
• 2.3.2 基于電壓定向的矢量控制36
• 2.3.3 電流環(huán)的設(shè)計(jì)36-37
• 2.3.4 三相并網(wǎng)逆變器空間矢量調(diào)制(SVPWM)算法37-39
• 2.4 仿真及驗(yàn)證39-41
• 2.5 本章小結(jié)41-42
• 第三章 獨(dú)立光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)42-58
• 3.1 可用于光伏電站的儲(chǔ)能介質(zhì)選擇42-45
• 3.1.1 儲(chǔ)能介質(zhì)分類(lèi)42-43
• 3.1.2 各種儲(chǔ)能技術(shù)比較43-45
• 3.1.3 混合儲(chǔ)能介質(zhì)選擇45
• 3.2 混合儲(chǔ)能等效模型45-48
• 3.3 獨(dú)立光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)控制策略48-55
• 3.3.1 光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)48-50
• 3.3.2 控制環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)50-52
• 3.3.3 混合儲(chǔ)能容量設(shè)計(jì)52-55
• 3.4 仿真及驗(yàn)證55-56
• 3.5 本章小結(jié)56-58
• 第四章 并網(wǎng)型光伏混合儲(chǔ)能系統(tǒng)功率平抑控制設(shè)計(jì)58-74
• 4.1 光伏儲(chǔ)能并網(wǎng)系統(tǒng)接入方式58-60
• 4.2 雙向DC-DC變換器控制策略60-62
• 4.2.1 雙向DC-DC變換器等效電路60-61
• 4.2.2 雙向DC-DC控制方法61-62
• 4.3 光伏儲(chǔ)能并網(wǎng)系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)62-70
• 4.3.1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)63
• 4.3.2 系統(tǒng)控制策略63-67
• 4.3.3 子系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)67-70
• 4.4 光伏儲(chǔ)能并網(wǎng)系統(tǒng)功率平抑功能驗(yàn)證70-72
• 4.5 本章小結(jié)72-74
• 第五章 總結(jié)與展望74-76
• 5.1 全文總結(jié)74
• 5.2 未來(lái)展望74-76
• 參考文獻(xiàn)76-82
• 致謝82-84
• 攻讀碩士期間所參與的項(xiàng)目84-85
• 學(xué)位論文評(píng)閩及答辯情況表85

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