10kW微电网储能系统实验平台的设计与实现

摘要

电力自从一百多年前被发现并应用以来，被公认为是最清洁的二次能源，与国民经济的发展息息相关。现在一个国家用电量的多少已经被作为评价一个国家经济实力的重要指标。但是由于能源需求的增长与能源紧缺，能源利用与环境保护之间的矛盾，许多国家将目光投向了分布式发电相关领域的研究工作。靠新能源发电的小容量分布式发电由于其存在不可控，不易预测等问题，在2001年，美国的康斯维新大学提出了微电网的概念，在一定程度上解决了分布式发电的这些问题。很多分布式电源自身的调节能力较弱，因而功率平衡不易实现。这就需要在微电网中引入储能系统。而现在的科研机构由于实验条件的限制，对于储能系统的研究多停留在理论分析的阶段，本论文要研制出一套可在实验室运行的微电网储能系统实验平台。
　　本文以阀控铅酸蓄电池为研究对象，以双模式变流器为PCS系统，以PLC为上层管理系统，搭建起一个包含必要部分的微电网储能系统实验平台。所做主要工作如下：
　　(1)研究了微网中储能装置重要作用，分析现在的技术难题。
　　(2)介绍了试验台的总体设计方案，主要硬件的选型，试验台电气部分的设计。确定研究的方法，即先进行理论分析，再进行仿真验证，最后在实验平台上进行实际验证。
　　(3)介绍了蓄电池的各种模型，综合分析他们各自的特点，提出了适合描述适合长期放电的三阶动态模型。并进行仿真分析。
　　(4)分析了微网储能系统PCS常用的电压型双模式逆变器的拓扑结构，得到其数学方程。分析恒功率控制和恒压恒频控制的原理，及具体实现方法。
　　(5)分析了微电网系统的主从控制模式的特点及其控制策略，并进行建模验证。
　　(6)进行实验平台的搭建、 PLC程序的编写，来模拟各种可能出现的微电网中的场景，来对前面分析的理论进行验证，同时提出改进方法。分析能量管理控制逻辑，编写出PLC程序，使该试验台能够模拟各种微电网的运行状态。

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引言

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 储能关键技术及发展趋势

2 蓄电池建模分析

2.1 蓄电池的结构

2.2 蓄电池的特性

2.3 蓄电池的建模

2.4 蓄电池的充放电控制策略

2.5 蓄电池的特性仿真

3 微电网蓄电池储能系统主从控制方式

3.1 三相桥式AC-DC工作原理分析

3.2 变流器控制算法的研究

3.3 主从控制方式分析

4 微电网储能系统的建模仿真

4.1 P/Q恒功率控制建模

4.2 V/F恒压恒频控制建模

4.3 主从控制方式仿真

5 实验平台的搭建

5.1 设计总体方案

5.2 电气部分设计

5.3 S7-1500 PLC的编程

5.4 监控画面

结论

参考文献

附录A 硬件原理图

附录B 主程序段

在学研究成果

致谢