基于蓄电池与超级电容器的直流微网混合储能研究

发布时间：2017-06-01 04:00

  本文关键词：基于蓄电池与超级电容器的直流微网混合储能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：摘要：近年来,太阳能等分布式发电(Distributed Generation, DG)技术受到越来越多的关注,由DG等组成的直流微电网成为当前的研究热点。DG输出功率及负荷消耗功率的随机性,使孤立直流微电网存在天然的弱惯性。混合储能作为一种可调度资源应用于直流微电网系统,能够充分发挥超级电容功率密度大与蓄电池能量密度高的特点,配以相应的控制策略,可有效延长系统的寿命周期。本文依托北京市科技计划项目“光伏并网用统一功率控制装备及直流微网技术研究与示范应用(D131104002013003)”和中央高校研究生创新资助项目“基于混合储能及SiC器件的双向多端口变流器研究(E15JB00140)”,对基于蓄电池和超级电容器的混合储能系统(Hybrid Energy Storage System, HESS)进行了理论研究、仿真分析和物理实验验证,主要工作包括以下几个方面：首先,介绍了直流微电网系统的结构,该系统由DG、超级电容器模组、蓄电池模组、多端口DC/DC变换器(Multi-port DC/DC Converters, MPC)及负荷等组成。文中,对其总体结构及工作原理作了详细分析,并研究了各部分的控制方法。其次,针对单个DC/DC端口的启动投入,会对整个混合储能系统产生较大暂态扰动的问题,提出了该混合储能系统的软启动控制策略。文中,通过电路等效和公式推导,对松弛端口软启动电阻的优化选择和功率端口软启动初始占空比的设定进行了详细分析。然后,针对脉动负荷功率突变对直流母线电压及蓄电池组正常运行造成剧烈冲击的问题,提出了一种基于移动平均滤波算法的自适应能量控制策略(Adaptive Energy Control Strategy, AECS)。通过移动平均滤波算法将脉动负荷功率进行滤波，由蓄电池组承担平缓的功率变化,而由超级电容器补偿瞬时的功率突变,从而优化蓄电池充放电过程,延长其使用寿命；引入超级电容端电压的变增益自适应控制,将其端电压稳定在参考值附近；并对蓄电池组端口采用能量流均衡控制,使各蓄电池组荷电状态(State of Charge, SOC)趋于一致。最后,开发了额定功率3.8kW,可接入3组蓄电池组、1组超级电容器组的混合储能系统实验样机和直流微电网实验平台,并对实验系统硬件参数及软件编程进行了设计,通过实验对上述软启动控制策略及自适应能量控制策略进行了验证。
【关键词】：直流微电网 混合储能系统 超级电容器 蓄电池 软启动 自适应控制策略
【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】：TM912;TM53
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 引言12-20
• 1.1 课题研究背景与意义12-13
• 1.2 直流微电网技术概述13-15
• 1.2.1 直流微电网概念及其特点13-14
• 1.2.2 直流微电网发展及研究现状14-15
• 1.3 储能技术概述15-18
• 1.3.1 储能技术分类15-17
• 1.3.2 混合储能技术发展及研究现状17-18
• 1.4 本文主要研究内容及章节安排18-20
• 2 带混合储能的直流微网系统结构及基本控制策略20-32
• 2.1 直流微电网系统总体结构及原理分析20-21
• 2.2 光伏发电系统结构及工作原理21-25
• 2.2.1 建立光伏电池模型21-23
• 2.2.2 光伏发电系统结构及控制23-25
• 2.3 混合储能系统结构及工作原理25-30
• 2.3.1 混合储能系统总体结构及原理分析25-26
• 2.3.2 蓄电池模型及其PCS拓扑结构与控制26-28
• 2.3.3 超级电容器模型及其PCS拓扑结构与控制28-30
• 2.4 本章小结30-32
• 3 混合储能系统的软启动控制策略32-46
• 3.1 混合储能系统仿真模型及工作模式切换控制32-35
• 3.1.1 混合储能系统仿真模型32-34
• 3.1.2 混合储能系统工作模式切换控制34-35
• 3.2 松弛端口软启动控制策略研究35-39
• 3.2.1 松弛端口软启动理论分析及启动电阻的选择35-38
• 3.2.2 松弛端口软启动控制策略38-39
• 3.3 功率端口软启动控制策略研究39-40
• 3.4 仿真验证40-44
• 3.4.1 工作模式切换控制策略仿真分析41
• 3.4.2 松弛端口软启动控制策略仿真分析41-42
• 3.4.3 功率端口软启动控制策略仿真分析42-44
• 3.5 本章小结44-46
• 4 混合储能系统的自适应能量控制策略46-60
• 4.1 系统控制结构及工作原理46-48
• 4.2 自适应能量控制策略研究48-53
• 4.2.1 移动平均滤波算法48-50
• 4.2.2 超级电容器端电压自适应控制50-52
• 4.2.3 蓄电池组能量流均衡控制52-53
• 4.3 仿真验证53-59
• 4.3.1 混合储能系统移动平均滤波算法仿真分析53-56
• 4.3.2 超级电容器端电压自适应控制仿真分析56-58
• 4.3.3 蓄电池组能量流均衡控制仿真分析58-59
• 4.4 本章小结59-60
• 5 混合储能系统硬件和软件设计60-76
• 5.1 系统硬件电路设计60-71
• 5.1.1 主电路参数设计60-67
• 5.1.2 控制电路设计67
• 5.1.3 驱动电路设计67-68
• 5.1.4 采样电路设计68-71
• 5.2 系统软件设计71-74
• 5.2.1 系统初始化程序设计71-72
• 5.2.2 系统主循环程序设计72-73
• 5.2.3 系统定时采样中断程序设计73
• 5.2.4 系统故障中断程序设计73-74
• 5.2.5 系统按键中断程序设计74
• 5.3 本章小结74-76
• 6 实验分析76-86
• 6.1 混合储能系统实验平台76-77
• 6.2 混合储能系统软启动控制策略实验77-80
• 6.3 混合储能系统自适应能量控制策略实验80-84
• 6.4 本章小结84-86
• 7 结论86-88
• 7.1 总结86-87
• 7.2 工作展望87-88
• 参考文献88-92
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果92-96
• 学位论文数据集96

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本文编号：411524