光伏电站集群协调控制与监控系统研究

发布时间：2017-09-10 23:16

  本文关键词：光伏电站集群协调控制与监控系统研究

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【摘要】：光伏发电技术由来已久,它利用光生伏特效应将太阳辐射转化为电能。近年来,由于工业发展带来了大量化石燃料燃烧,自然环境遭受了巨大的破坏,光伏发电这一清洁能源逐渐被人们关注和重视。然而,光伏发电技术也有其自身难以克服的缺陷：功率输出的波动性难以控制,从而造成了光电在普及上的困难。现今,对此问题普遍的做法和研究方向是利用蓄电池或者超级电容器等储能元件的充放电来缓解光伏发电输出波动。但受限于储能设备本身特点仍然难以大规模应用,同时还应看到,目前光伏功率预测准确率较低,使用储能难以实现较大功率缺额的填补。为了将更多光伏电站纳入电网,本文研究了一种基于光伏电站集群协调控制的方法,通过大片区域中多个光伏电站的配合实现总体输出功率上的稳定。这种方法的核心思想是：(1)将区域中光伏电站组织在一起,作为集群进行整体协调控制。(2)集群中每个子电站在光伏发电时留出必要的功率调节能力,用以平衡其他子站可能出现的较大功率缺额。(3)通过监控系统数字化升级实现光伏设备以及电站之间广泛的互操作性。本文首先对光伏发电的基础理论和基本设备进行了分析,分别研究了光伏发电在不同环境条件下的伏安特性曲线,分析了直流调压装置、逆变设备以及储能设备的控制原理。其次着重对光伏电站应用的各种控制方法进行了研究,这些控制包括最大功率跟踪控制、差值控制、逆变器的有功无功恒功率的并网控制、用以实现短时平抑波动的储能控制。接着,为了实现集群协调控制,本文考虑集中式和分布式两种协调方式。集中式协调是将所有子站信息汇总,将储能输出最小作为目标,在储能容量以及满足计划发电约束条件下优化求解。分布式控制则通过集群中光伏子站相互通信,通过子站上运行分布式控制协议使其运行时相互配合,使可输出功率较大的子站弥补因受环境影响无法完成预定出力的子站。最后,本文针对集群控制的要求研究了数字化光伏电站集群监控系统。为了实现更为广泛的兼容性,主要针对发电设备数字化和监控系统对数字化设备操作进行了研究。全文较为系统的分析了光伏电站实际工作时运用的控制策略和算法,提出了一种光伏电站集群集中式控制方法和一种分布式协调方法,并根据集群控制的需要对集群数字化监控系统进行了研究和数字化对接的实现。算例表明了文中方法的可行性,所用方法可以进一步研究。
【关键词】：光伏电站集群 光伏集群集中优化 分布式协调控制 光伏并网发电 光伏监控系统
【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】：TP277;TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 研究背景与意义11-13
• 1.2 研究现状13-16
• 1.2.1 光伏发电控制技术的研究13-15
• 1.2.2 光伏电站监控系统的研究15-16
• 1.3 本文主要内容16-19
• 第二章 光伏发电基本原理和设备19-31
• 2.1 光伏发电特性19-23
• 2.1.1 光伏电池等效电路19-21
• 2.1.2 环境对光伏发电的影响21-23
• 2.2 光伏并网设备23-28
• 2.2.1 调压装置23-26
• 2.2.2 逆变器设备26-28
• 2.3 储能装置和平抑波动28-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 光伏功率控制技术31-47
• 3.1 光伏阵列输出功率控制31-37
• 3.1.1 有功控制模式31-32
• 3.1.2 最大功率点跟踪32-36
• 3.1.3 有功功率计划跟踪36-37
• 3.2 逆变器并网控制37-42
• 3.2.1 逆变器控制策略37-38
• 3.2.2 实现并网的恒功率控制38-40
• 3.2.3 电流环控制40-41
• 3.2.4 并网逆变控制实现41-42
• 3.3 储能控制42-46
• 3.3.1 储能电路控制42-45
• 3.3.2 参考功率曲线的设置策略45-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第四章 光伏电站集群协调控制47-63
• 4.1 光伏电站集群的概念47-49
• 4.1.1 集群和集群工作方式47-48
• 4.1.2 光伏集群的组成48-49
• 4.2 集中式集群协调控制49-55
• 4.2.1 集群集中控制策略49-50
• 4.2.2 集中优化模型50-52
• 4.2.3 模型求解和算例研究52-55
• 4.3 分布式协调控制55-61
• 4.3.1 集群的分布式控制模型55-58
• 4.3.2 分布式控制协议58
• 4.3.3 算例研究58-61
• 4.4 本章小结61-63
• 第五章 光伏电站集群数字化监控系统63-79
• 5.1 系统整体框架63-65
• 5.2 一体化监控平台65-69
• 5.2.1 数据中心65-66
• 5.2.2 系统服务66-68
• 5.2.3 人机界面68-69
• 5.3 光伏发电单元设备数字化69-75
• 5.3.1 基于IEC61850的光伏发电系统信息建模技术69-70
• 5.3.2 集中式光伏结构信息模型70-73
• 5.3.3 组串式光伏结构信息模型73-74
• 5.3.4 光伏设备提供的服务74-75
• 5.4 监控系统访问数字化光伏设备的实现75-78
• 5.4.1 模型映射75-76
• 5.4.2 基于IEC61850的通信连接76-78
• 5.5 本章小结78-79
• 第六章 总结与展望79-81
• 致谢81-83
• 参考文献83-89
• 作者攻读硕士学位期间主要成果89

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本文编号：827215