基于混合储能的独立光伏发电系统稳压控制与优化

摘要

独立光伏发电系统的运行不依托大电网，不仅能为大电网无法顾及的边远地区提供电能，还能在大电网发生故障时为重要负载继续供电，减少经济损失，受到了各国的高度重视。针对光照、温度等环境因素变化容易导致离网型光伏发电系统运行不稳定和系统发电效率低等问题，本文以光伏电源、超级电容-蓄电池混合储能装置以及本地负载构成的独立光伏发电系统作为研究对象，研究离网型微电网的稳压控制问题及其系统优化问题。
　　首先，分析了含混合储能的独立光伏发电系统的工作原理并构建其数学模型，在此基础上研究其直流母线稳压控制策略，提出采用基于低通滤波的功率前馈补偿稳压控制策略，即通过前馈条件来实现扰动误差的全补偿，与典型双闭环稳压控制策略相比，母线电压波动得到了更有效的抑制;同时，采用低通滤波的方法对混合储能系统的补偿功率进行功率分配，达到延长蓄电池寿命的目的。
　　其次，研究了基于混合储能的独立光伏发电系统优化问题，提出了系统两个方面的优化策略:一是针对局部阴影导致光伏阵列输出功率降低等问题，提出阴影离散化方法，以提高系统发电效率;二是以系统经济性为优化目标对其混合储能系统进行优化配置，并采用改进的PSO算法进行求解，最终给出混合储能系统的最优配置方案，在保证光伏发电系统供电可靠性和安全性的前提下进一步提高系统的整体经济性。
　　最后，搭建了基于混合储能的独立光伏发电系统实验平台，对双闭环母线稳压控制策略和功率前馈控制策略进行对比实验验证。实验结果表明，功率前馈控制策略能更有效的抑制直流母线电压波动，提高了系统的稳定性;且经过储能系统优化配置之后，整个独立光伏发电系统在满足各项技术指标的同时，达到了经济性最优。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 微电网的研究现状

1．2．2 直流微电网稳压控制策略

1．2．3 储能在微电网中的应用

1．2．4 混合储能系统容量优化配置

1．3 主要研究内容

第二章 含混合储能的独立光伏发电系统构建与分析

2．1 引言

2．2 系统结构

2．3 光伏发电

2．3．1 光伏阵列模型

2．3．2 光伏发电控制方法

2．3．3 光伏发电对母线电压的影响

2．4 蓄电池储能

2．4．1 蓄电池模型

2．4．2 蓄电池储能控制方法

2．4．3 蓄电池储能对母线电压的影响

2．5 超级电容储能

2．5．1 超级电容模型

2．5．2 超级电容储能控制方法

2．5．3 超级电容储能对母线电压的影响

2．6 负载侧单相逆变

2．6．1 单相逆变器控制方法

2．6．2 逆变器与母线电压的相互影响

2．7 系统数学模型分析及仿真模型构建

2．7．1 基于混合储能的独立光伏发电系统模型

2．7．2 基于混合储能的独立光伏发电系统仿真模型

2．8 本章小结

第三章 基于混合储能的独立光伏发电系统稳压控制策略

3．1 引言

3．2 双闭环母线稳压控制策略

3．2．1 双闭环稳压控制策略分析

3．2．2 仿真结果与分析

3．3 基于功率前馈的母线稳压控制策略

3．3．1 单相逆变输出功率计算方法

3．3．2 功率前馈稳压控制策略分析

3．3．3 仿真结果与分析

3．4 单一蓄电池储能与混合储能的仿真对比实验

3．5 本章小结

第四章 基于混合储能的独立光伏发电系统优化设计

4．1 引言

4．2 提高光伏发电效率的方法研究

4．2．1 不同结构光伏阵列输出特性分析

4．2．2 局部阴影下提高光伏发电效率的方法—阴影离散化

4．2．3 阴影离散化方法的实现

4．3 储能系统容量优化配置

4．3．1 混合储能系统容量优化模型

4．3．2 改进PSO优化算法

4．3．3 算例分析

4．4 本章小结

第五章 系统稳压与优化实验测试分析

5．1 引言

5．2 测试实验平台介绍

5．3 基于双闭环稳压控制的系统实验

5．4 基于功率前馈稳压控制的系统实验

5．5 带冲击性负载的性能测试实验

5．6 储能系统优化配置的测试实验

5．7 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的主要科研成果