双模式光储互补发电系统能量转换与控制技术研究

发布时间：2017-05-25 19:11

  本文关键词：双模式光储互补发电系统能量转换与控制技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着人类社会的发展传统能源日渐枯竭,以太阳能为代表的清洁能源越来越受到人们的重视,各国相继大力发展光伏发电技术。本文设计了一种双模式光储互补发电系统,该系统既可并网运行也可离网运行,重点研究了其能量转换系统设计方案和对应的控制技术,并进行了相关仿真研究和实物测试。根据光伏电池的数学模型研究了其输出特性曲线,针对传统最大功率点跟踪(Maximum Power Point Track, MPPT)算法的不足,提出了一种新的MPPT算法即改进扰动观察法,该方法具有速度快、精度高的特点,同时避免了振荡的发生。针对离网小负载时储能电池满充的情况设计了光伏限功率模式,并实现了光伏MPPT和限功率模式的相互切换,使得光伏可以在多种工况下连续运行。设计了光伏DC/DC变换器,并根据其工作方式制定了占空比前馈的双环控制策略,使用该策略的光伏DC/DC变换器具有动态性能好、调节精度高的特点。根据储能电池的特性制定了电池成组方式,设计了储能DC/DC变换器双向Buck-Boost的电路结构。针对电流环和电压电流双环的控制方法,对比分析了单极性PWM和双极性PWM的控制效果,制定了双极性PWM的单双环控制策略,该方法电流换向稳定、超调量小根据双模式逆变器的工作原理,建立了并、离网数学模型,并网模式采用电压定向控制,离网模式采用V/f控制。针对并网模式可能出现的孤岛问题,提出了基于d-q锁相环的主动角频率扰动法进行孤岛检测,该方法简便可靠,对系统稳定性影响小。针对双模式逆变器使用的LCL滤波电路谐振问题,采取了有源阻尼控制,该方法能有效抑制谐振电流且操作简便。设计了双模式光储互补发电系统整体结构和系统控制策略,搭建了双模式光储互补发电系统实验平台,进行了针对性的测试实验,验证了系统设计和控制技术的可行性和实用性。
【关键词】：光储互补 MPPT DC/DC变换器 双模式逆变器 孤岛检测
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM615;TM46
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 引言12-22
• 1.1 课题研究的背景及意义12-16
• 1.1.1 光伏发电的背景及发展现状12-14
• 1.1.2 光伏发电面临的问题14-15
• 1.1.3 课题研究的意义15-16
• 1.2 光储互补发电系统的研究现状16-20
• 1.2.1 光储互补发电系统构成16-17
• 1.2.2 MPPT研究现状17-20
• 1.2.3 储能装置20
• 1.3 本文的主要研究内容20-22
• 2 光伏发电单元设计及控制方法22-38
• 2.1 光伏组件特性22-25
• 2.1.1 光伏电池原理22-23
• 2.1.2 光伏电池等效模型23
• 2.1.3 光伏电池输出特性23-25
• 2.2 光伏功率控制25-31
• 2.2.1 改进扰动观察法25-28
• 2.2.2 光伏限功率模式28-30
• 2.2.3 光伏功率模式切换30-31
• 2.3 光伏DC/DC变换器设计31-33
• 2.3.1 光伏DC/DC变换器原理31-32
• 2.3.2 光伏DC/DC变换器参数设计32-33
• 2.4 光伏DC/DC变换器控制方法33-36
• 2.5 本章小结36-38
• 3 储能单元设计及控制方法38-50
• 3.1 储能装置特性38-40
• 3.1.1 电池成组技术38-39
• 3.1.2 电池管理系统39-40
• 3.2 储能DC/DC变换器设计40-43
• 3.2.1 储能DC/DC变换器拓朴设计40-42
• 3.2.2 双向Buck-Boost电路工作模式42-43
• 3.3 储能DC/DC变换器控制方法43-48
• 3.3.1 电流单环控制策略44-46
• 3.3.2 双环控制策略46-48
• 3.4 本章小结48-50
• 4 双模式逆变单元设计及控制方法50-72
• 4.1 双模式逆变器工作原理50-57
• 4.1.1 三相PWM逆变器原理50-51
• 4.1.2 三相PWM逆变器数学模型51-53
• 4.1.3 空间电压矢量脉宽调制算法53-57
• 4.2 双模式逆变器参数设计57-61
• 4.2.1 中间支撑电容设计57-58
• 4.2.2 滤波电路设计58-61
• 4.3 双模式逆变器控制策略61-70
• 4.3.1 孤岛检测61-64
• 4.3.2 并网控制策略64-66
• 4.3.3 离网控制策略66-68
• 4.3.4 有源阻尼控制68-70
• 4.4 本章小结70-72
• 5 双模式光储互补发电系统实验平台搭建72-86
• 5.1 系统组件功能及通讯方式72-73
• 5.2 双模式系统控制73-76
• 5.2.1 并网模式系统控制73-75
• 5.2.2 离网模式系统控制75-76
• 5.3 实验平台搭建及实验结果76-85
• 5.3.1 并网恒流充放电实验76-80
• 5.3.2 离网带负载实验80-84
• 5.3.3 光伏MPPT实验84-85
• 5.4 本章小结85-86
• 6 结论与展望86-88
• 6.1 结论86-87
• 6.2 展望87-88
• 参考文献88-92
• 附录A 现场照片92-94
• 附录B 仿真模型94-96
• 作者简历96-100
• 学位论文数据集100

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