校园屋顶光伏发电系统优化设计研究

发布时间：2017-07-07 12:09

  本文关键词：校园屋顶光伏发电系统优化设计研究

  更多相关文章： 屋顶光伏发电 优化设计 最大功率跟踪 混合储能 分层控制

【摘要】：自然环境的恶化、世界范围内的化石能源供应紧张,使得包括光伏在内的可再生能源代替传统化石能源的发电方式成为全球能源发展的重要趋势。光伏阵列输出功率的大小主要受光照的影响,若使之时刻运行在最大功率点需对最大功率点进行寻优控制。光伏电站可调可控性弱,光照的不可控性和不可预测性会导致光伏阵列输出功率强烈波动,进而引起并网点电压波动,破坏电网的电压稳定性,不利于维持电网的安全稳定运行。校园屋顶闲散面积大,遮挡少,是理想的光伏电站选址地点,在充分利用闲置资源的同时,减少了碳排放。本文对校园130kWp的屋顶光伏发电系统进行优化设计研究,优化主要包括两方面:一是对光伏阵列进行最大功率跟踪控制,二是采用由超级电容和蓄电池组成的混合储能来优化分布式屋顶光伏电站输出的波动功率,减小其功率波动对电网的冲击。本论文主要有以下内容:(1)分析本课题的研究背景、意义及研究现状,研究光伏电池、与之相连的单相DC/DC变换器的工作原理,对比并分析了不同的最大功率跟踪技术的特点,在此基础上提出了一种改进的扰动观察法来进行光伏阵列的最大功率寻优,相比于传统的扰动观察法跟踪速度快、稳定性高,通过Matlab/Simulink仿真验证其跟踪效果。(2)对用于优化光伏波动出力的混合储能单元进行建模,研究了蓄电池和超级电容的工作原理、数学模型和充放电特性;对含有两种储能元件的混合储能的结构进行设计,研究了双向DC/DC变换器的工作原理,对混合储能的充放电控制进行设计,达到了既能稳定直流母线的电压稳定又能获得良好的动态响应的目的(3)结合蓄电池和超级电容各自特点,提出一种光伏阵列和混合储能共母线连接方式下的对混合储能的分层控制策略,对光伏的波动出力进行削峰填谷,将平滑的功率送入并网逆变器。分层控制分为中央控制层和本地控制层,中央控制层采用了一种自适应的低通滤波法获取光伏电站的优化目标,优化目标外功率即为混合储能承担的功率;本地控制层包括功率优化分配模块和二次分配模块,功率优化分配模块对优化目标外功率采用模糊控制在超级电容和蓄电池之间进行分配,二次分配环节对二者的充放电功率进行限幅控制,避免损坏储能元件,并在Matlab/Simulink中对典型日内的光伏出力进行优化仿真。
【关键词】：屋顶光伏发电 优化设计 最大功率跟踪 混合储能 分层控制
【学位授予单位】：山东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 课题的研究背景及意义9-10
• 1.2 分布式光伏发电系统的概述及研究热点10-14
• 1.2.1 分布式光伏发电系统的结构10-11
• 1.2.2 分布式光伏发电系统的研究现状11-12
• 1.2.3 光伏并网标准12-14
• 1.3 用于分布式发电的储能技术发展现状14-15
• 1.3.1 储能技术的分类14-15
• 1.4 论文研究的主要内容15-16
• 第二章 校园屋顶光伏发电单元的建模与最大功率点跟踪16-28
• 2.1 光伏电池的建模16-19
• 2.1.1 光伏电池数学模型16-18
• 2.1.2 光伏电池的输出特性18-19
• 2.2 光伏发电单元的DC/DC变换器结构及工作原理19-21
• 2.3 光伏阵列最大功率跟踪技术的研究21-27
• 2.3.1 光伏阵列的最大功率点21
• 2.3.2 光伏阵列的MPPT控制技术21-24
• 2.3.3 一种改进的扰动观察法24-25
• 2.3.4 最大功率点跟踪控制仿真验证25-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 用于优化光伏波动出力的混合储能单元的建模28-39
• 3.1 铅酸蓄电池单元的建模28-30
• 3.1.1 铅酸蓄电池的工作原理28
• 3.1.2 铅酸蓄电池的数学模型28
• 3.1.3 铅酸蓄电池充放电特性28-30
• 3.2 超级电容单元的建模30-32
• 3.2.1 超级电容工作原理30
• 3.2.2 超级电容的数学模型30-32
• 3.2.3 超级电容充放电特性32
• 3.3 混合储能单元的特性分析及结构32-35
• 3.3.1 混合储能的特性分析32-33
• 3.3.2 混合储能单元的结构33-35
• 3.4 混合储能单元的控制35-38
• 3.4.1 混合储能单元的控制结构35
• 3.4.2 储能元件的充放电控制35-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第四章 用于优化光伏波动出力的混合储能的分层控制策略39-62
• 4.1 混合储能单元的控制目标39-40
• 4.1.1 混合储能运行模式分析39
• 4.1.2 控制目标39-40
• 4.2 混合储能系统的分层控制40-43
• 4.2.1 混合储能的功率模型40
• 4.2.2 混合储能的分层控制结构40-41
• 4.2.3 分层控制分析41-43
• 4.3 中央控制层控制策略43-46
• 4.3.1 中央控制层控制结构及原理43
• 4.3.2 自适应低通滤波环节设计43-46
• 4.4 本地控制层控制策略46-53
• 4.4.1 本地控制层控制结构及原理46-47
• 4.4.2 功率优化分配设计47-52
• 4.4.3 二次分配设计52-53
• 4.5 算例分析53-60
• 4.5.1 仿真模型建立53-55
• 4.5.2 仿真结果与分析55-60
• 4.6 本章小结60-62
• 第五章 总结与展望62-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-67
• 在读期间公开发表的论文67

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