家庭并离网一体光储系统的能量管理系统研究

摘要

随着全球能源和环境问题的日益严峻，基于可再生能源的分布式发电已成为各国实现可持续发展规划的重要议题。光伏发电作为解决传统能源枯竭和环境污染的重要途径，正成为世界新能源发展的焦点。本文以家庭并离网一体光储系统为研究基础，针对系统实际应用时的工作模式提出一种针对性的能量管理策略，旨在实现系统的稳定运行和能量最优化利用。
　　家庭光储系统的基本电路拓扑结构主要包括：光伏组件发电单元，锂电池储能单元，单相公共电网，功率变换器及本地负载等。其中功率变换器包括光伏侧Boost变换器，电池侧Buck-Boost变换器和负载侧公共全桥变换器。三组变换器共同跨接在公共直流母线上，各变换器在能量管理策略的协调下独立工作，共同控制直流母线电压稳定。系统可以运行在四种工作模式：1、独立运行，光伏发电；2、并网逆变；3、独立运行，电池供电；4、并网整流。简要介绍了各变换器的工作原理，在此基础上分析了各变换器在不同工作模式下的控制方法。
　　在明确系统供电电源选择优先级后，提出针对系统的能量管理策略。该能量管理策略的核心原则是：光伏组件输出功率优先满足用户自身电力需求；在光伏发电量盈余或者不足的情况下，由锂电池来实现功率平衡；当光伏组件和锂电池都达到限制条件时，再由公共电网保证供电。对光伏组件输出功率阈值、锂电池荷电状态、锂电池充放电功率阈值及直流母线变化阈值做了详细分析，研究了该策略下系统的工作模式转换条件和并离网状态切换控制等。系统可根据光伏组件输出功率、锂电池荷电状态、直流母线电压变化情况和负荷情况合理转变系统工作模式，确保系统稳定运行。使用MATLAB/Simulink平台进行了仿真，仿真结果表明了能量管理算法的可行性。
　　在理论分析和仿真的基础上，对系统能量管理模块的硬件电路及软件流程进行了设计，并在家庭并离网一体光储系统实验样机上进行了相关实验。实验结果验证了本文所提能量管理系统的正确性和有效性，为家庭并离网一体光储系统的产品实际应用提供依据。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 光伏发电研究现状

1.3 家庭并离网一体光储系统概述

1.4 本文主要工作

第二章 家庭光储系统电路结构

2.1 直流微网概念

2.2 系统结构分析

2.3 本章小结

第三章 家庭光储系统工作模式及变换器控制

3.1 系统工作模式介绍

3.2 光伏侧Boost变换器控制

3.3 电池侧Buck-Boost变换器控制

3.4 公共全桥变换器控制

3.5 本章小结

第四章 家庭光储系统能量管理策略及仿真

4.1 能量管理策略

4.2 建模及仿真分析

4.3 本章小结

第五章 家庭光储系统能量管理模块设计及实验分析

5.1 关键硬件电路参数计算

5.2 能量管理模块硬件设计

5.3 能量管理模块软件设计

5.4 样机实验波形分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢