基于超级电容和蓄电池混合储能的光伏系统研究
发布时间：2021-01-13 22:12
在光伏并网发电系统中,光伏电池的出力、系统内负载以及公共电网的调度需求均具有一定的随机性,对并网电能质量和系统稳定性造成较大影响。解决这一问题的关键是较好地实现光伏出力、负载和公共电网之间的功率平衡。大量研究表明,在光伏发电系统中加入储能单元能有效平衡系统内的功率供需关系。由超级电容和蓄电池组成的混合储能单元综合了超级电容功率密度高、蓄电池的能量密度高的优势,非常适合用于光伏发电系统。本文以含有超级电容和蓄电池混合储能的光伏并网发电系统为研究对象,对光伏发电单元控制策略、混合储能单元控制策略以及系统能量管理策略进行了研究。首先,分析了光伏发电单元在输出接直流母线情况下的最大功率点跟踪（MPPT）的原理,针对常规扰动观察法在跟踪到最大功率点后存在功率震荡的问题,设计了一种基于滞环比较的扰动观察法,缓解了扰动观察法在最大功率点的功率震荡。仿真验证了该控制策略的有效性。其次,针对并联型混合储能分频控制策略的弊端,基于级联型混合储能单元拓扑,提出了一种用于光伏发电系统的超级电容与蓄电池混合储能系统控制策略。利用该控制策略,当直流母线功率发生扰动时,首先超级电容利用高功率密度优势快速平抑直流母线...
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
同一温度不同光照强度下光伏电池单元输出特性曲线
青岛科技大学研究生学位论文13和P-V输出特性曲线如图2-5所示。从图2-5可以看出，当光照强度为1000W/m2时，随着温度的增长，Isc变大，而Voc、Pm、Im和Vm均变校（a）I-V特性曲线（b）P-V特性曲线图2-5同一光照强度不同温度时的光伏电池单元输出特性曲线Figure2-5Theoutputcharacteristiccurveofphotovoltaiccellsatdifferenttemperaturesunderthesameilluminationintensity由图2-4和2-5中的光伏电池单元输出I-V特性曲线可以看出，光伏电池既非恒压源，也不是恒流源，无法为固定负载提供任意功率，它是一种非线性的直流电源。光伏电池的输出电流在输出电压较低时电流大小几乎恒定值为短路电流，当光伏电池的输出电压接近开路电压时电流急剧下降。由图2-4和2-5中的光伏电池单元输出P-V特性曲线可以看出，在每一种环境条件下最大功率点对应的电压是唯一的，在最大功率点两侧的功率都比最大功率点处的功率低。2.2最大功率跟踪控制算法设计2.2.1最大功率跟踪控制原理为了使光伏电池得到最大程度地利用，应使光伏电池在不同工作环境下均可以按最大功率点进行输出。因此，Boost变换器需要采用MPPT控制，使光伏电池工作在最大功率点处，且当环境因素发生变化时可以实时追踪到新的最大功率点。从图2-4、2-5中可以看出，在环境光照强度和温度一定的条件下光伏电池单元有且只有一个最大功率点，且在任意光照和温度条件下最大功率点对应的电压值是唯一的，最大功率点的电压对应一个固定输出功率，因此只要改变光伏电池单元输出端的电压值就能找到最大功率点。在光伏发电系统中，可通过一个直流变换器来改变光伏电池单元与直流母线之间的电压增益，如图2-6所示[55-57]。
图 2-11 MPPT 算法模块 Figure 2-11 MPPT algorithm module (1) 扰动观察法 MPPT 仿真分析 在温度为 25℃光照强度为 1000W/m2条件下，对 Boost 变换器采用扰动观察法 MPPT 控制，得到的仿真波形如图 2-12 所示，其中图(a)为光伏电池单元输出电流波形，(b)为光伏电池单元端电压波形，(c)为光伏电池单元输出功率。从图中可以看出，在大约 4s 时，Boost 变换器追踪到光伏电池的最大功率点，端电压为200V，输出功率约为 500W。另外，在跟踪到最大功率点之后，光伏电池端电压与输出功率波形均存在明显的波动。
【参考文献】：
期刊论文
[1]分布式光伏发电系统多峰值MPPT优化研究[J]. 王永光,戈庆长. 电力科学与技术学报. 2020(02)
[2]局部阴影条件下光伏阵列MPPT算法研究[J]. 夏一峰,朱金荣,黄圣铧. 电工技术. 2020(04)
[3]锂电池/超级电容混合储能分层协调控制策略[J]. 朱成龙,杨淑连,冯磊,徐达. 电源技术. 2019(10)
[4]直流微电网中超级电容-蓄电池混合储能系统及其控制策略[J]. 冯玉斌,肖静,吴宁,杨艺云,孙乐平. 广西电业. 2019(08)
[5]基于模糊PI控制器的改进MPPT算法[J]. 詹俊男,白迪. 分布式能源. 2019(04)
[6]考虑储能调频死区的一次调频控制方法[J]. 马智慧,李欣然,谭庄熙,黄际元,贺悝. 电工技术学报. 2019(10)
[7]基于多调频资源协调控制的西北送端大电网新能源快速频率响应参数设置方案[J]. 孙骁强,刘鑫,程林,段乃欣,褚云龙,柯贤波,程松,韩志勇. 电网技术. 2019(05)
[8]具有储能环节的电力电子变压器电能质量研究[J]. 党存禄,慈航乐,党媛. 电子技术应用. 2019(03)
[9]LLC谐振型DC/DC变换器在光伏并网系统中的应用研究[J]. 张轩,张翀,陈杰涛,江道灼,尹瑞. 电子技术. 2018(11)
[10]基于DSP的改进扰动观察法光伏MPPT实现[J]. 吴中山. 传感器与微系统. 2018(09)
硕士论文
[1]蓄电池与超级电容混合储能系统功率控制研究[D]. 白洁.燕山大学 2019
[2]光伏微电网中电储能系统及其控制策略研究[D]. 杜鹃.陕西科技大学 2019
[3]混合储能光伏并网系统的能量管理策略[D]. 张德帅.山东大学 2018
[4]基于DSP的光伏MPPT控制器设计[D]. 盖琛.东北石油大学 2017
[5]光伏—混合储能直流微电网能量管理策略研究[D]. 牛浩明.太原理工大学 2017
[6]光伏最大功率点跟踪方法及光伏并网发电系统静态建模研究[D]. 韩鹏.华中科技大学 2017
[7]基于超级电容器储能的太阳能光伏发电系统的应用研究[D]. 潘林.华东交通大学 2016
[8]基于光伏—混合储能的直流微网运行控制研究[D]. 李莹.山东大学 2015
[9]分布式直流供电系统中储能接口单元的研究[D]. 丁志辉.南京航空航天大学 2012
本文编号：2975640
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
同一温度不同光照强度下光伏电池单元输出特性曲线
青岛科技大学研究生学位论文13和P-V输出特性曲线如图2-5所示。从图2-5可以看出，当光照强度为1000W/m2时，随着温度的增长，Isc变大，而Voc、Pm、Im和Vm均变校（a）I-V特性曲线（b）P-V特性曲线图2-5同一光照强度不同温度时的光伏电池单元输出特性曲线Figure2-5Theoutputcharacteristiccurveofphotovoltaiccellsatdifferenttemperaturesunderthesameilluminationintensity由图2-4和2-5中的光伏电池单元输出I-V特性曲线可以看出，光伏电池既非恒压源，也不是恒流源，无法为固定负载提供任意功率，它是一种非线性的直流电源。光伏电池的输出电流在输出电压较低时电流大小几乎恒定值为短路电流，当光伏电池的输出电压接近开路电压时电流急剧下降。由图2-4和2-5中的光伏电池单元输出P-V特性曲线可以看出，在每一种环境条件下最大功率点对应的电压是唯一的，在最大功率点两侧的功率都比最大功率点处的功率低。2.2最大功率跟踪控制算法设计2.2.1最大功率跟踪控制原理为了使光伏电池得到最大程度地利用，应使光伏电池在不同工作环境下均可以按最大功率点进行输出。因此，Boost变换器需要采用MPPT控制，使光伏电池工作在最大功率点处，且当环境因素发生变化时可以实时追踪到新的最大功率点。从图2-4、2-5中可以看出，在环境光照强度和温度一定的条件下光伏电池单元有且只有一个最大功率点，且在任意光照和温度条件下最大功率点对应的电压值是唯一的，最大功率点的电压对应一个固定输出功率，因此只要改变光伏电池单元输出端的电压值就能找到最大功率点。在光伏发电系统中，可通过一个直流变换器来改变光伏电池单元与直流母线之间的电压增益，如图2-6所示[55-57]。
图 2-11 MPPT 算法模块 Figure 2-11 MPPT algorithm module (1) 扰动观察法 MPPT 仿真分析 在温度为 25℃光照强度为 1000W/m2条件下，对 Boost 变换器采用扰动观察法 MPPT 控制，得到的仿真波形如图 2-12 所示，其中图(a)为光伏电池单元输出电流波形，(b)为光伏电池单元端电压波形，(c)为光伏电池单元输出功率。从图中可以看出，在大约 4s 时，Boost 变换器追踪到光伏电池的最大功率点，端电压为200V，输出功率约为 500W。另外，在跟踪到最大功率点之后，光伏电池端电压与输出功率波形均存在明显的波动。
【参考文献】：
期刊论文
[1]分布式光伏发电系统多峰值MPPT优化研究[J]. 王永光,戈庆长. 电力科学与技术学报. 2020(02)
[2]局部阴影条件下光伏阵列MPPT算法研究[J]. 夏一峰,朱金荣,黄圣铧. 电工技术. 2020(04)
[3]锂电池/超级电容混合储能分层协调控制策略[J]. 朱成龙,杨淑连,冯磊,徐达. 电源技术. 2019(10)
[4]直流微电网中超级电容-蓄电池混合储能系统及其控制策略[J]. 冯玉斌,肖静,吴宁,杨艺云,孙乐平. 广西电业. 2019(08)
[5]基于模糊PI控制器的改进MPPT算法[J]. 詹俊男,白迪. 分布式能源. 2019(04)
[6]考虑储能调频死区的一次调频控制方法[J]. 马智慧,李欣然,谭庄熙,黄际元,贺悝. 电工技术学报. 2019(10)
[7]基于多调频资源协调控制的西北送端大电网新能源快速频率响应参数设置方案[J]. 孙骁强,刘鑫,程林,段乃欣,褚云龙,柯贤波,程松,韩志勇. 电网技术. 2019(05)
[8]具有储能环节的电力电子变压器电能质量研究[J]. 党存禄,慈航乐,党媛. 电子技术应用. 2019(03)
[9]LLC谐振型DC/DC变换器在光伏并网系统中的应用研究[J]. 张轩,张翀,陈杰涛,江道灼,尹瑞. 电子技术. 2018(11)
[10]基于DSP的改进扰动观察法光伏MPPT实现[J]. 吴中山. 传感器与微系统. 2018(09)
硕士论文
[1]蓄电池与超级电容混合储能系统功率控制研究[D]. 白洁.燕山大学 2019
[2]光伏微电网中电储能系统及其控制策略研究[D]. 杜鹃.陕西科技大学 2019
[3]混合储能光伏并网系统的能量管理策略[D]. 张德帅.山东大学 2018
[4]基于DSP的光伏MPPT控制器设计[D]. 盖琛.东北石油大学 2017
[5]光伏—混合储能直流微电网能量管理策略研究[D]. 牛浩明.太原理工大学 2017
[6]光伏最大功率点跟踪方法及光伏并网发电系统静态建模研究[D]. 韩鹏.华中科技大学 2017
[7]基于超级电容器储能的太阳能光伏发电系统的应用研究[D]. 潘林.华东交通大学 2016
[8]基于光伏—混合储能的直流微网运行控制研究[D]. 李莹.山东大学 2015
[9]分布式直流供电系统中储能接口单元的研究[D]. 丁志辉.南京航空航天大学 2012
本文编号：2975640
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