基于混合储能的光储联合发电系统控制策略研究

摘要

随着社会的进步和经济的发展，人类面临越来越多的资源紧缺与环境污染问题。光伏发电是解决当今社会能源危机与环境危机的重要途径。光伏功率的随机性、波动性和间歇性对电网的安全、稳定运行带来了严重威胁。采用蓄电池与超级电容器混合储能的方式平抑光伏功率波动，克服了蓄电池寿命低，充放电效率差和超级电容器能量存储能力弱的缺点，对稳定光伏系统的输出，以及光伏发电系统的并网、运行具有重要的意义。因此，本文利用蓄电池与超级电容器混合储能的方式，接入光伏发电系统平抑光伏功率，并提出能量控制方法。
　　为研究蓄电池与超级电容器混合储能的控制策略，采用三阶段充电方法对蓄电池充电特性进行实验研究，实验结果表明蓄电池在受极化效应影响下，恒流充电最高仅可充至60.97％。采用MATLAB/simulink仿真研究超级电容器充放电特性，仿真结果表明超级电容器不存在极化效应，其容量几乎可以完全利用。分析蓄电池、超级电容器单一储能方式与混合储能的优缺点，混合储能具有明显优势。
　　根据长期光伏发电统计数据，提出了蓄电池与超级电容器的容量配置方案。采用混合储能在直流侧接入光伏系统的方式，提出了基于低通滤波的蓄电池、超级电容器分别平抑低频、高频功率波动控制算法及蓄电池与超级电容器协调控制方式；考虑蓄电池极化效应对其充电特性的影响，提出了基于蓄电池 SOC反馈调节充放电滤波时间常数的控制算法，使蓄电池在较高与较低SOC时适当减少或增加出力，保证蓄电池更多地处于恒流充电状态即功率可控状态，延长蓄电池使用寿命。
　　搭建光储联合发电系统实验平台对所提控制策略进行实验验证。结果表明，储能侧，蓄电池与超级电容器可分别以不同的控制周期平滑光伏功率波动，同时，当蓄电池SOC过高时，根据SOC反馈调节蓄电池滤波时间常数，可有效限制蓄电池出力，防止蓄电池过充；光伏侧，当光伏功率升高或突降时，混合储能可很好地补偿光伏功率缺额，对平抑光伏功率波动有显著作用。实验结果验证了本文所提控制策略的可行性。
　　最后提出了光储联合发电系统能量控制方法，在以光伏发电、蓄电池、可控负荷、日常负荷及紧急备用电源柴油发电机组成的孤立系统中，能量控制方法根据光伏功率预测数据，制定系统中各组成部分的发电计划和用电计划，对光伏功率削峰填谷，保证系统稳定、经济地运行。算例分析验证了所提能量控制方法的正确性、可行性和经济性。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 课题的背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要工作

第2章 光伏发电系统介绍

2.1 光伏发电原理

2.2 光伏系统组成结构

2.3 光伏发电系统特性

2.4 传统最大功率点跟踪算法

2.5 本章小结

第3章 储能系统特性研究

3.1 铅酸蓄电池充电特性研究

3.2 超级电容器特性研究

3.3 混合储能特性优势

3.4 本章小结

第4章 混合储能平抑光伏功率控制策略

4.1 混合储能接入光伏系统模式

4.2 混合储能容量配置方法

4.3 混合储能协调控制及平抑光伏功率方法

4.4 SOC反馈调节充放电滤波时间常数控制方法

4.5 实验平台搭建与实验结果

4.6 本章小结

第5章 光储联合发电系统能量控制策略

5.1 能量控制策略概述

5.2 系统设备控制策略及约束

5.3 系统设备运行成本及收益

5.4 能量控制策略设计

5.5 算例分析

5.6 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

攻读硕士学位期间参加的科研工作

致谢