光储微电网隐形故障监测与电池堆热管理

摘要

随着分布式发电大量运行并接入配电网，配电网的运行安全受到威胁。微电网为新能源的利用提供了新的思路，旨在实现分布式能源的灵活、高效应用，解决数量庞大、形式多样的分布式能源并网的问题。光储微电网集成了分布式光伏发电、储能系统、能量转换装置、运行保护装置及负荷，是一种典型的微电网系统。光储微电网在实际应用中存在系统运维数据迟滞、储能系统热管理不到位等问题。
　　针对现有光储微电网主要通过采集各个电气节点的电参数来进行系统运维监控，其运维数据存在迟滞性，不能及时发现系统可能存在的隐形故障的问题，本文提出利用红外成像技术来构建一套可视化的隐形故障监测系统，该系统利用COFDM技术将微电网运行现场的巡检图像以及电池堆热图像实时回传，经控制终端及时处理，实现对微电网的可视化巡检。
　　未来锂电池将在储能系统中大量应用，其电池堆热管理的研究也将越来越重要。针对储能系统电池堆热管理缺失的问题，本文提出了一种基于红外测温技术的电池堆立体温度场重构方法。该方法利用回传的电池堆热图像获取电池堆运行过程中的表面温度场分布，同时在电池堆内部预铺设若干个温度采集点，通过将电池堆表面温度场与内部点温度进行叠加并逐一迭代，重构得到电池堆三维立体温度场。经测试，本文提出的电池堆立体温度场重构方法能及时发现电池堆内部温度异常情况，并精确定位异常温度点在电池堆中所在的位置，最终锁定到可能存在故障的电池单体，实现电池堆隐形故障的实时监测与预警。实验结果表明所提出的温度场重构方法合理，重构的温度精度高。
　　本文构建的可视化隐形故障监测系统和电池堆立体温度场重构方法能够作为光储微电网运维系统的有效补充，能够及时发现系统存在的隐形故障。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景与意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究目的以及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 光伏微网运维监测系统研究

1．2．2 储能系统电池堆热管理研究

1．3 本文研究内容

2．1 引言

2．1 光储微电网存在的隐形故障

2．1．1 光伏面板隐形故障分析

2．1．2 储能系统隐形故障分析

2．2 隐形故障监测系统的结构设计

2．3 故障监测系统的功能模块设计

2．3．1 图像采集模块

2．3．2 图像H．2 64编码模块

2．3．3 OFDM调制模块

2．3．4 射频发射以及功放模块

2．3．5 接收模块

2．4 本章小结

第3章 隐形故障监测系统图像传输模块软件设计

3．2．2 视频输入模块VI

3．2．3 视频编码VENC模块

3．2．4 区域管理Region模块

3．3 OFDM的FPGA实现

3．3．1 OFDM的系统架构

3．3．2 IEEE 802．11g物理层协议

3．3．3 OFDM基带处理器的总体架构设计

3．3．4 OFDM发射机的设计

3．4 本章小结

4．1 引言

4．2 温度—灰度值映射与测温模型

4．2．1 最小二乘的多项式曲线拟合

4．2．2 温度—灰度值映射

4．3 三维温度场重构

4．3．1 电池堆红外图像的采集

4．3．2 电池堆红外图像的处理

4．3．3 温度场三维重构

4．4 温度场实验验证与分析

4．5 本章小结

5．1 结论

5．2 创新点

5．3 展望

附录

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果