储能变流器在可再生能源发电中的应用研究

发布时间：2017-07-03 16:01

  本文关键词：储能变流器在可再生能源发电中的应用研究

  更多相关文章： 可再生能源 储能变流器 数学建模 控制策略 平抑功率波动

【摘要】：可再生能源的开发与利用代表着人类进入了一个能源新时代,逐步扭转了以化石能源为主的传统能源消费格局,可与此同时,由于可再生能源自身的随机性与间歇性特点,制约了其在并网发电中的发展。储能技术的提出,很好的弥补了可再生能源在并网发电中的缺陷,在可再生能源发电中发挥着不可替代的作用。将储能介质、储能变流器和控制系统组成的储能系统配置在电源侧,可以平滑可再生能源发电在不同时间尺度上的出力波动,使电网可调度性、可预测性以及经济性得到显著提高。本文通过研究储能技术在可再生能源发电中的应用相关文献,从两方面展开研究工作：首先,针对储能变流器的拓扑结构和控制策略展开研究,重点论述了两级式储能变流器。前级双向DC-DC变流器采用非隔离型半桥双向拓扑结构,在分析了电路两种不同工作模式的基础上,根据电感和电容纹波的要求设计并验证主电路参数,对两种工作模式下的电路分别建立小信号模型,设计电压/电流闭环控制器以保证超级电容器的恒压/恒流充电状态。后级采用两电平三相三线变流器结构,完成对其拓扑数学模型的建立,在此基础上,进一步推导出电路在dq坐标系下单位功率因数条件下的闭环控制模型,结合三相同步锁相环算法及三段逼近均分零矢量SVPWM算法设计电压/电流闭环控制器,实现变流器单位功率因数控制,达到并网要求。然后,针对两级式储能变流器在光伏发电并网中的应用展开研究。研究并推导了一种通用的光伏电池工程模型,可以模拟不同外界条件下光伏电池的输入输出特性。采用基于扰动观察法原理的最大功率跟踪算法以保证光伏模块在并网时的输出效率最大化。为解决光伏发电输出功率波动问题,本文提出了基于PQ控制策略的铅酸蓄电池和超级电容器的混合储能系统平抑功率波动方案,该方案采用低通滤波算法估算储能系统的能量补偿,从而控制储能系统与电网之间的能量交换。最后,在Matlab/Simulink平台下搭建了混合储能系统在光伏电池发电并网背景下的模型,通过仿真验证了所提方案的可行性及正确性。
【关键词】：可再生能源 储能变流器 数学建模 控制策略 平抑功率波动
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 课题研究背景与意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-15
• 1.2.1 可再生能源研究现状10-11
• 1.2.2 储能技术研究现状11-13
• 1.2.3 储能变流器研究现状13-15
• 1.3 本文的主要研究内容15-16
• 1.4 论文结构16-17
• 第二章 非隔离型双向DC-DC变流器设计17-35
• 2.1 非隔离型半桥双向DC-DC稳态工作分析17-21
• 2.1.1 工作于Buck变换器模式17-19
• 2.1.2 工作于Boost变换器模式19-21
• 2.2 主电路参数设计与验证21-24
• 2.2.1 主电路参数设计21-22
• 2.2.2 开环仿真验证22-24
• 2.3 电路小信号建模与控制器设计24-33
• 2.3.1 Buck变换器24-28
• 2.3.2 Boost变换器28-33
• 2.4 本章小结33-35
• 第三章 两电平三相三线DC-AC变流器设计35-57
• 3.1 数学模型推导35-41
• 3.1.1 电路基本方程推导35-36
• 3.1.2 αβ坐标系下模型推导36-38
• 3.1.3 dq坐标系下模型推导38-41
• 3.2 单位功率因数电流控制41-46
• 3.2.1 闭环控制模型推导41-43
• 3.2.2 主电路参数设计43-44
• 3.2.3 闭环控制器设计44-46
• 3.3 三相同步锁相环(SRF-PLL)设计46-48
• 3.3.1 三相同步锁相环(SRF-PLL)的基本原理46-47
• 3.3.2 闭环系统控制器设计47-48
• 3.3.3 Matlab/Simulink仿真验证48
• 3.4 基于SVPWM方法的调制器设计48-55
• 3.4.1 SVPWM基本原理49-50
• 3.4.2 三段逼近均分零矢量SVPWM50
• 3.4.3 SVPWM方法的Matlab实现50-53
• 3.4.4 基于SVPWM方法的DC-AC变流器单位功率因数控制仿真53-55
• 3.5 本章小结55-57
• 第四章 储能变流器在光伏发电平滑功率控制中的应用57-73
• 4.1 光伏电池模型57-60
• 4.1.1 光伏电池的数学模型57-59
• 4.1.2 光伏电池仿真模型59-60
• 4.2 最大功率点跟踪(MPPT)60-63
• 4.2.1 扰动观察法MPPT原理61-62
• 4.2.2 P&O MPPT算法模型62
• 4.2.3 标况下仿真结果分析62-63
• 4.3 PQ控制策略63-65
• 4.4 储能系统平抑光伏发电功率波动65-72
• 4.4.1 混合储能系统特性66-70
• 4.4.2 混合储能系统应用70-72
• 4.5 本章小结72-73
• 第五章 总结与展望73-75
• 5.1 研究工作总结73
• 5.2 未来研究展望73-75
• 致谢75-77
• 参考文献77-79

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