应用于临近空间飞行器的分布式光储系统能量优化调度研究
发布时间：2021-11-18 19:16
平流层气象条件稳定、辐射强度大具有广阔的利用价值。随着新能源技术、电力电子技术的不断突破,为临近空间太阳能飞行器的开发和利用提供了有利条件。这类跨昼夜长航时飞行器白天由机身表面的光伏阵列供电,夜间由储能电池供电。由于太阳能无人机表面曲率很大、飞行姿态多变,众多光伏组件所接收的太阳辐射及输出功率存在很大差异,只能通过小规模成组提升发电效率;另外,为了充分利用机载储能容量、提高能源系统比功率,需要研究并采用特殊的光、储系统结构以实现持续可靠供电。在这样的背景下,本文研究了以光储模块为基本单元,多个模块串并联成组的无人机能源系统,并重点就其核心环节之一的能量优化调度策略展开研究,以达到光伏发电功率最大化利用、储能电池荷电状态尽可能一致的目标。首先在分析能源系统拓扑结构、工作原理的基础上建立了负荷模型、光伏发电模型、储能电池模型,明确飞行高度、姿态等因素的影响,为系统能量优化调度策略的研究奠定基础。为充分利用光伏发电功率和储能容量,研究了根据当前储能状况、次日飞行航迹确定每个光伏子阵、储能子串日前出力计划的方法。该方法以调度周期末电池子串能量均衡为目标,电池寿命损耗、光储组串间充电能量作为约束...
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
太阳能无人机能源系统示意图
限制很难配置完善的电池管理系统，使得电池管理很难工程化实现［１１】。??为了解决上述问题，需要将光伏电池及储能电池小规模成组并以适当的方式??组合构成模块如图１－２所示，再由模块组网构成系统，模块化的拓扑结构可以降低??每个模块的输出功率、减少系统间能源传输的损耗，提高能量转换效率。??ｔ??￣￣Ｉ?￣?－４＋＊??？?何??内?Ｚ?ＬＴ＂Ｊ??ｈｚ！?Ｚ???图１－２光储模块结构示意图??Ｆｉｇ．?１－２?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＰＶ－Ｂａｔｔｅｒｙ?ｍｏｄｕｌｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??借助模块化的拓扑结构，能源系统需要合理地对各个模块的光伏、电池组件进??行能量调配，实现光伏电池一储能环节一负荷之间的能量高效流动及平衡控制，从??而使所有光伏电池吸收的能量、所有储能电池的容量都得到最好的利用。随着飞机??飞行领域的扩展，飞行工况更加复杂，光伏组件差异性加剧，对能量管理系统的要??求也更高，需要根据规划好的飞行航迹预测发用电功率，基于预测功率实现飞行周??期内各组成部分能量的全局优化利用，同时需要实时监测各模块的能量状态，根据??光伏、负载功率与预测功率的偏差对电能进行实时分配和管理。??１．２．２能源系统拓扑结构研究现状??对于地面静止的光储能源动力系统，国内外有较成熟的光伏发电、电池储能、??功率变换方面的技术和装置
响、电池容量利用率低、系统功率重量比低等问题，因此本文采用了一种光伏电池??与储能电池小规模成组构成光储模块，利用光储模块串并联组成光伏发电系统的??方案，拓扑结构如图２－１所示。该方案从局部到整体可划分为模块、组串、系统三??个层次，以下逐层分析其结构和特点。??光伏ＤＣ／ＤＣ?输出ＤＣ／ＤＣ??＾?ｊ????ＩＰＢＭｕ?中?｜?卜＿?十，ｆ／：ｕＵ?Ｌ＾＼?Ｈ??＿?未?Ｈ｜ｈ?ＩＰＢＭ２１?？?？?？?ＩＰＢＭｎｉ??丄厂ｐ２?＋?－?／ｂａｔ２ｌ?＾?＋??ｉｐｂｍ，２Ｖ?Ｔ－ｐ２Ｊｆ?７Ｗｂ５２ｊ?以?￥?卜ｐｂｍ２２?卜－｜?丨ｐｂｍｎ２?Ｉ?＋１?Ｉ????????Ｊ?Ｊ?—??图２－１基于光储模块的电源系统结构示意图??Ｆｉｇ．２－１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＰＶ?ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ?ｓｙｓｔｅｍ?ｂａｓｅｄ?ｏｎ?ＰＶ－Ｂａｔｔｅｒｙ?ｍｏｄｕｌｅｓ??在光储模块层面，光伏组件通过升压电路与储能电池组并联，再经由降压电路??组成功率输出控制单元，从而构造一个发电功率和输出功率完全可控的智能模块，??９??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于等效电路模型的串联电池组不一致分布特征仿真分析[J]. 隋欣,张晓虎,陈永翀,刘丹丹,李佳娜,韩越. 电工电能新技术. 2018(09)
[2]航空锂离子电池内阻测试研究[J]. 刘力舟,王顺利,张方亮,潘俊铖,裴世杰. 电源技术. 2018(01)
[3]多时间尺度微电网能量管理优化调度方案[J]. 张海涛,秦文萍,韩肖清,王鹏,郭晓龙. 电网技术. 2017(05)
[4]基于鲁棒后悔度的光储微网优化调度[J]. 王刚,孙文健,李歧强,王鲁浩. 电网技术. 2017(01)
[5]基于模块级联拓扑的光伏智能并网系统[J]. 管敏渊,刘强,吴国强,郝全睿,杜赟,曹力力. 高电压技术. 2015(10)
[6]太阳能/氢能无人机总体设计与能源管理策略研究[J]. 刘莉,杜孟尧,张晓辉,张超,徐广通,王正平. 航空学报. 2016(01)
[7]航空锂电池的控制与保护[J]. 任仁良,万强,毕翔. 电源技术. 2015(05)
[8]太阳能/氢能混合动力无人机及关键技术[J]. 李延平,刘莉. 飞航导弹. 2014(07)
[9]多时间尺度协调控制的独立微网能量管理策略[J]. 郭思琪,袁越,张新松,鲍薇,刘纯,曹阳,王海潜. 电工技术学报. 2014(02)
[10]基于分布式控制的独立型光储水柴微网调度策略[J]. 薛美东,赵波,张雪松,高小淇,江全元. 电力系统自动化. 2014(04)
博士论文
[1]微网优化配置和能量管理研究[D]. 薛美东.浙江大学 2015
硕士论文
[1]储能系统能量管理策略研究及MATLAB与C#混合编程软件实现[D]. 罗煜.北京交通大学 2018
[2]某太阳能无人机能源装置设计与制造研究[D]. 张健.沈阳航空航天大学 2018
[3]某太阳能无人机结构设计与优化[D]. 王冠.沈阳航空航天大学 2018
[4]组串式光伏并网逆变器控制策略研究[D]. 蔡凌龙.兰州交通大学 2016
[5]翼身融合太阳能无人机总体设计与能量管理系统优化[D]. 王健.南京航空航天大学 2016
[6]分布式光储微电网系统调控技术研究[D]. 王雨.华北电力大学 2014
[7]太阳能飞行器太阳能能源系统的设计与实现[D]. 呼文韬.天津大学 2013
[8]多模块组合式光伏发电前级系统研究[D]. 陈铁军.南京理工大学 2013
[9]直流模块式光伏发电系统拓扑及控制研究[D]. 梁超辉.华中科技大学 2008
[10]平流层飞艇多能源管理系统的优化设计[D]. 方丽娟.上海交通大学 2008
本文编号：3503462
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
太阳能无人机能源系统示意图
限制很难配置完善的电池管理系统，使得电池管理很难工程化实现［１１】。??为了解决上述问题，需要将光伏电池及储能电池小规模成组并以适当的方式??组合构成模块如图１－２所示，再由模块组网构成系统，模块化的拓扑结构可以降低??每个模块的输出功率、减少系统间能源传输的损耗，提高能量转换效率。??ｔ??￣￣Ｉ?￣?－４＋＊??？?何??内?Ｚ?ＬＴ＂Ｊ??ｈｚ！?Ｚ???图１－２光储模块结构示意图??Ｆｉｇ．?１－２?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＰＶ－Ｂａｔｔｅｒｙ?ｍｏｄｕｌｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??借助模块化的拓扑结构，能源系统需要合理地对各个模块的光伏、电池组件进??行能量调配，实现光伏电池一储能环节一负荷之间的能量高效流动及平衡控制，从??而使所有光伏电池吸收的能量、所有储能电池的容量都得到最好的利用。随着飞机??飞行领域的扩展，飞行工况更加复杂，光伏组件差异性加剧，对能量管理系统的要??求也更高，需要根据规划好的飞行航迹预测发用电功率，基于预测功率实现飞行周??期内各组成部分能量的全局优化利用，同时需要实时监测各模块的能量状态，根据??光伏、负载功率与预测功率的偏差对电能进行实时分配和管理。??１．２．２能源系统拓扑结构研究现状??对于地面静止的光储能源动力系统，国内外有较成熟的光伏发电、电池储能、??功率变换方面的技术和装置
响、电池容量利用率低、系统功率重量比低等问题，因此本文采用了一种光伏电池??与储能电池小规模成组构成光储模块，利用光储模块串并联组成光伏发电系统的??方案，拓扑结构如图２－１所示。该方案从局部到整体可划分为模块、组串、系统三??个层次，以下逐层分析其结构和特点。??光伏ＤＣ／ＤＣ?输出ＤＣ／ＤＣ??＾?ｊ????ＩＰＢＭｕ?中?｜?卜＿?十，ｆ／：ｕＵ?Ｌ＾＼?Ｈ??＿?未?Ｈ｜ｈ?ＩＰＢＭ２１?？?？?？?ＩＰＢＭｎｉ??丄厂ｐ２?＋?－?／ｂａｔ２ｌ?＾?＋??ｉｐｂｍ，２Ｖ?Ｔ－ｐ２Ｊｆ?７Ｗｂ５２ｊ?以?￥?卜ｐｂｍ２２?卜－｜?丨ｐｂｍｎ２?Ｉ?＋１?Ｉ????????Ｊ?Ｊ?—??图２－１基于光储模块的电源系统结构示意图??Ｆｉｇ．２－１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＰＶ?ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ?ｓｙｓｔｅｍ?ｂａｓｅｄ?ｏｎ?ＰＶ－Ｂａｔｔｅｒｙ?ｍｏｄｕｌｅｓ??在光储模块层面，光伏组件通过升压电路与储能电池组并联，再经由降压电路??组成功率输出控制单元，从而构造一个发电功率和输出功率完全可控的智能模块，??９??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于等效电路模型的串联电池组不一致分布特征仿真分析[J]. 隋欣,张晓虎,陈永翀,刘丹丹,李佳娜,韩越. 电工电能新技术. 2018(09)
[2]航空锂离子电池内阻测试研究[J]. 刘力舟,王顺利,张方亮,潘俊铖,裴世杰. 电源技术. 2018(01)
[3]多时间尺度微电网能量管理优化调度方案[J]. 张海涛,秦文萍,韩肖清,王鹏,郭晓龙. 电网技术. 2017(05)
[4]基于鲁棒后悔度的光储微网优化调度[J]. 王刚,孙文健,李歧强,王鲁浩. 电网技术. 2017(01)
[5]基于模块级联拓扑的光伏智能并网系统[J]. 管敏渊,刘强,吴国强,郝全睿,杜赟,曹力力. 高电压技术. 2015(10)
[6]太阳能/氢能无人机总体设计与能源管理策略研究[J]. 刘莉,杜孟尧,张晓辉,张超,徐广通,王正平. 航空学报. 2016(01)
[7]航空锂电池的控制与保护[J]. 任仁良,万强,毕翔. 电源技术. 2015(05)
[8]太阳能/氢能混合动力无人机及关键技术[J]. 李延平,刘莉. 飞航导弹. 2014(07)
[9]多时间尺度协调控制的独立微网能量管理策略[J]. 郭思琪,袁越,张新松,鲍薇,刘纯,曹阳,王海潜. 电工技术学报. 2014(02)
[10]基于分布式控制的独立型光储水柴微网调度策略[J]. 薛美东,赵波,张雪松,高小淇,江全元. 电力系统自动化. 2014(04)
博士论文
[1]微网优化配置和能量管理研究[D]. 薛美东.浙江大学 2015
硕士论文
[1]储能系统能量管理策略研究及MATLAB与C#混合编程软件实现[D]. 罗煜.北京交通大学 2018
[2]某太阳能无人机能源装置设计与制造研究[D]. 张健.沈阳航空航天大学 2018
[3]某太阳能无人机结构设计与优化[D]. 王冠.沈阳航空航天大学 2018
[4]组串式光伏并网逆变器控制策略研究[D]. 蔡凌龙.兰州交通大学 2016
[5]翼身融合太阳能无人机总体设计与能量管理系统优化[D]. 王健.南京航空航天大学 2016
[6]分布式光储微电网系统调控技术研究[D]. 王雨.华北电力大学 2014
[7]太阳能飞行器太阳能能源系统的设计与实现[D]. 呼文韬.天津大学 2013
[8]多模块组合式光伏发电前级系统研究[D]. 陈铁军.南京理工大学 2013
[9]直流模块式光伏发电系统拓扑及控制研究[D]. 梁超辉.华中科技大学 2008
[10]平流层飞艇多能源管理系统的优化设计[D]. 方丽娟.上海交通大学 2008
本文编号：3503462
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