直流微网混合储能协调控制及能量管理策略

摘要

能源危机的加重促进了可再生能源的发展。但是，受环境影响，太阳能光伏发电与风力发电的输出功率具有强烈的随机性，直接接入电网会对其稳定运行产生严重的影响。为了解决这一问题，学者们提出了微电网这一概念。本文以太阳能光伏发电系统，超级电容器-蓄电池混合储能系统以及负载构成的直流微电网为研究背景，深入研究了直流微电网中超级电容器-蓄电池混合储能系统的协调控制策略，详细分析了系统的运行状态，并且给出了系统在各种运行模式下的能量管理策略。主要研究内容与工作如下：
　　首先，建立了实用的光伏电池工程模型，并且在 Matlab/Simulink中搭建了仿真模型，通过对其输出特性曲线的仿真验证了该模型的正确性。针对传统最大功率跟踪算法存在的稳态精度与动态响应速度不能兼顾的问题，提出了一种自适应变步长的扰动观测法，通过仿真验证了该算法的有效性。为保证光伏发电系统的稳定运行，提出了最大功率跟踪控制与恒压控制两种控制模式，并且在Matlab/Simulink中搭建了光伏发电系统的仿真模型，仿真结果表明通过两种控制模式的合理切换，可以很好的保证系统的稳定运行。
　　然后，深入研究了超级电容器-蓄电池混合储能系统的工作原理，在此基础上，提出了一种混合储能系统协调控制策略。在同一混合储能子系统内，为了更好地发挥两种不同类型储能器件的优势，提出利用响应速度快的超级电容器来响应系统波动功率的高频部分与蓄电池的动态未响应功率，而利用能量密度大的蓄电池来承担系统波动功率的低频部分；微网中不同混合储能子系统间的输出能力不同，为了实现系统净功率在不同子系统间的合理分配，在不同子系统间，结合传统的下垂控制与它们的荷电状态（SOC），提出了一种基于 SOC的功率分配方法。给出了储能器件双向 DC/DC变换器的参数设计方法，并且在 Matlab/Simulink中搭建了仿真模型，通过仿真验证了所提控制策略的正确性。
　　最后，采用分区域管理思想将光伏直流微电网分为不同的综合负荷区域，在此基础上，分析了孤岛运行状态下含分布式混合储能单元的直流微电网的功率流动状态与控制目标，提出了区域自治与区域协助两种运行状态。在区域自治模式下，结合不同负荷区域内分布式光伏发电单元与负荷之间的功率关系以及储能器件的荷电状态，又具体划分为四种不同的运行模式。给出了系统在不同的运行模式下的能量管理策略，并且在Matlab/Simulink中搭建了一个含三负荷区域的光伏直流微电网仿真模型，通过仿真验证了所提方法的正确性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2直流微电网的研究现状

1.3直流微电网关键技术

1.4本文的主要研究内容

第2章 直流微网光伏发电单元控制及仿真分析

2.1光伏电池建模与输出特性分析

2.2光伏发电单元结构与控制策略

2.3本章小结

第3章 直流微网混合储能协调控制及仿真分析

3.1超级电容器-蓄电池混合储能系统的结构与工作原理

3.2超级电容器-蓄电池混合储能系统协调控制策略

3.3储能元件变换器建模与参数设置

3.4仿真验证与分析

3.5本章小结

第4章 直流微网能量管理策略及仿真分析

4.1直流微网系统结构与功率流动

4.2直流微网运行状态分析与能量管理策略

4.3系统控制策略

4.4仿真验证与分析

4.5本章小结

总结与展望

本文研究内容与结论

展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

附录B 攻读学位期间参加的科研项目