基于滑动滤波混合储能的风光互补发电系统控制策略研究

摘要

风能与太阳能是两种使用较普遍的绿色新能源，具有能源充足，分布广泛，环保清洁等特点。为了弥补两种能源在季节与气候方面的缺陷，针对两者天然的互补性和时空上的匹配性，将两者相结合实现风光互补发电系统。
　　文章首先讨论了系统各基本组成装置，即风力机、光伏阵列、超级电容器、蓄电池的研究背景与工作特性，在此基础上分析了四者结合时的互补作用;并且通过对各独立系统的工作原理的分析构建了整个系统的基本结构。
　　基于此基本结构，对风光发电环节的最大功率点跟踪问题进行研究。在经过对两者各自的最大功率跟踪控制方法分析后，选择了扰动观测法作为光伏发电部分的控制策略以及最大功率搜索控制法作为风力发电系统的控制策略。
　　在对储能环节进行研究之前，需要确定超级电容器与蓄电池的并联结构。在比较了直接并联、通过电感器并联及通过功率变换器并联这3种常见的并联结构后，确定了一种通过双向DC/DC变换器并联结构。这种并联结构通过两个双向半桥DC/DC变换器来分别实现对蓄电池和超级电容器实时控制，使整个储能系统更加灵活且易于操作。
　　文章利用滑动滤波器来实现两种储能装置之间的能量分配，将高频波动的部分分配给超级电容器，使蓄电池承担较为平滑的部分，从而充分发挥蓄电池高能量密度的特点与超级电容器高功率密度的特点。通过调节滑动时窗常数T可以改变对两者分配电能的比例，T越大时蓄电池所分配的能量越多，超级电容器所分配的能量越少。
　　最后分析了在不同外部条件下，混合储能风光互补系统的工作状况。在MATLAB仿真平台中对风光互补发电模块进行建模，以仿真的方式来阐述互补控制的基本思想;对混合储能系统建模，在阶跃负荷无波动与有波动的情况下，分别进行仿真。且在阶跃负荷有波动时，比较了蓄电池在有无超级电容器加入的仿真波形，分析了超级电容器平抑高频波动、保护蓄电池的积极作用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 能源与环境

1．1．2 可再生能源发展状况

1．1．3 风能和太阳能的特点

1．1．4 蓄电池与超级电容器的特点

1．2 研究现状

1．2．1 风光互补发电的提出

1．2．2 混合储能的提出

1．3 研究内容

第二章 储能风光互补发电系统结构分析

2．1 风力发电系统

2．1．1 风力发电机的种类

2．1．2 风力机的组成

2．1．3 风力发电机工作原理

2．2 光伏发电系统

2．2．1 光伏阵列工作原理

2．2．2 光伏电池的分类

2．2．3 光伏电池的特性

2．3 蓄电池工作模块

2．3．1 蓄电池的分类

2．3．2 蓄电池的工作原理

2．3．3 蓄电池的相关参数

2．4 超级电容器模块

2．4．1 超级电容器工作原理

2．4．2 超级电容器的等效电路

2．4．3 超级电容器的优势

2．5 本章小结

第三章 储能风光互补发电系统风光最大功率研究

3．1 系统的拓扑结构

3．2 风力发电机的最大功率输出

3．3 光伏阵列的最大功率输出

3．4 本章小结

第四章 储能风光互补发电系统混合储能能量管理研究

4．1 混合储能系统结构

4．2 混合储能系统的能量管理

4．3 基于滑动滤波器的混合储能能量分配

4．4 混合储能的控制策略

4．4．1 蓄电池的充放电策略

4．4．2 超级电容器的充放电策略

4．4．3 混合储能系统的控制策略

4．5 本章小结

第五章 系统的运行工况与仿真

5．1 系统的工作过程分析

5．2 风光互补发电系统的仿真分析

5．2．1 风力发电机组的仿真模型

5．2．2 光伏发电系统的仿真模型

5．2．3 互补控制的仿真

5．3 阶跃负载情况下的系统仿真

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士研究生期间的学术成果