含混合储能系统的光伏微电网能量管理策略研究

发布时间：2017-09-18 07:41

  本文关键词：含混合储能系统的光伏微电网能量管理策略研究

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【摘要】：随着能源危机的不断加剧,当今社会急需一种新技术来改善能源状况,实现可持续发展。微电网作为一个单一可控的供电系统,它可以降低馈线损耗、增加本地供电可靠性、提高能源利用率。而能量管理系统作为微电网的重要组成部分,能够保证系统的安全运行,提高系统效率。本文的研究对象为光伏微电网,依据不同储能元件的特性,对其能量管理策略展开研究。首先,对光伏微电网做了简单的介绍,其运行状态可分为并网型与离网型。确定了本文所研究的光伏微电网的系统结构,并对光伏电池单元、混合储能系统中的铅酸蓄电池和超级电容等系统组成部分的数学模型及工作特性进行了细致地分析,以便于仿真研究。其次,讨论了两种储能元件的几种并联方式的优缺点,重点分析了基于储能元件容量的能量管理策略。采用低通滤波器(low pass filter,LPF)区分各储能元件承担的功率。同时分析了光伏电池单元、蓄电池、超级电容器的控制策略以及设计了各变换器参数。对于光伏电池单元采用最大功率点跟踪(maximum power point tracker,MPPT)-恒压控制,实现最大功率与变功率输出;对于蓄电池采用互补PWM控制实现了恒流-恒压充电、变功率放电;对于超级电容采用独立PWM控制实现了变功率充放电。然后,提出一种综合功率平衡和储能元件的荷电状态(state of capacity,SOC)的能量管理策略,并将该控制策略应用至含混合储能系统的光伏微电网中。根据系统中不同状况,划分合适的工作模式,以此确定各变换器的工作状态。同时根据两个储能元件的不同特性,采用功率分频的方法,实现元件之间特性的互补。本文通过Matlab/Simulink对所设计的系统进行仿真,仿真结果表明,所提出的能量管理策略在各工作状态均能有效地控制各单元变换器;混合储能系统对微电网起到了很好的功率平抑作用,并能充分地体现各储能元件的特性;系统在各种运行模式间实现快速、平滑切换。最后,基于直流母线电压信号提出一种直流微电网分层控制策略,该控制分为微网管理系统层(microgrid management system,MMS)和本地控制层(local control,LC)。将系统划分为4种运行模式,MMS以直流母线电压为主信号,以储能元件SOC为辅助信号,并给LC输送功率设定值,通过LC直接控制各单元,实现系统整体的分层控制。利用Matlab/Simulink对所提出的分层控制策略进行仿真验证,仿真结果验证了该控制策略在各模式间运行的有效性。
【关键词】：光伏微电网 混合储能系统 能量管理 协调控制 分层控制
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 背景及意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-17
• 1.2.1 微电网研究现状12-13
• 1.2.2 储能技术研究现状13-14
• 1.2.3 混合储能技术研究现状14-17
• 1.2.4 能量管理系统研究现状17
• 1.3 本文主要研究内容17-19
• 第二章 光伏微电网系统结构及建模19-30
• 2.1 光伏微电网系统结构19-20
• 2.2 光伏电池单元的数学模型及工作特性20-23
• 2.2.1 光伏电池数学模型20-22
• 2.2.2 光伏电池工作特性22-23
• 2.3 铅酸蓄电池的数学模型及工作特性23-27
• 2.3.1 铅酸蓄电池数学模型23-25
• 2.3.2 铅酸蓄电池工作特性25-27
• 2.4 超级电容的数学模型及工作特性27-29
• 2.4.1 超级电容数学模型27-28
• 2.4.2 超级电容工作特性28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第三章 混合储能单元能量管理及控制策略30-44
• 3.1 混合储能单元的构成30-32
• 3.2 混合储能单元能量管理策略32-35
• 3.2.1 功率分配策略32-33
• 3.2.2 基于混合储能单元容量的能量管理策略33-35
• 3.3 光伏单元控制策略及Boost电路参数设计35-39
• 3.3.1 光伏单元控制策略35-37
• 3.3.2 Boost电路参数设计37-39
• 3.4 蓄电池充放电控制策略及双向变换器参数设计39-42
• 3.4.1 蓄电池充放电控制策略39-41
• 3.4.2 蓄电池双向变换器参数设计41-42
• 3.5 超级电容充放电控制策略及双向变换器参数设计42-43
• 3.5.1 超级电容充放电控制策略42
• 3.5.2 超级电容双向变换器参数设计42-43
• 3.6 本章小结43-44
• 第四章 光伏微电网能量协调控制策略研究44-55
• 4.1 光伏微电网的工作状态44
• 4.2 光伏微电网能量控制策略44-47
• 4.3 仿真验证与结果分析47-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第五章 光伏微电网分层控制策略及仿真分析55-67
• 5.1 分层控制结构55
• 5.2 分层控制策略55-58
• 5.3 仿真验证与结果分析58-66
• 5.4 本章小结66-67
• 第六章 总结与展望67-69
• 6.1 全文总结67-68
• 6.2 研究展望68-69
• 参考文献69-75
• 致谢75-76
• 攻读硕士学位期间科研成果76

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本文编号：874269