微电网混合储能系统控制策略研究

发布时间：2017-10-08 04:41

  本文关键词：微电网混合储能系统控制策略研究

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【摘要】：随着工业文明的持续进步，现代社会对于能源的需求也不断加大，如今传统化石能源逐渐枯竭，因此不得不加大对可再生能源的利用。由于自然条件的限制，可再生能源发电具有出力波动的特点，这极大地影响了大电网的安全与稳定，也限制了新能源技术的发展，微电网技术的出现，有效地调和了这一矛盾。微电网离不开储能系统的支撑，，随着微电网内可再生能源所占比重的日渐提高，对储能系统的性能也提出了越来越高的要求。采用蓄电池配合超级电容器的混合储能形式，能够大幅度提高储能系统的性能及其经济性；除此之外，控制策略也极大地影响着储能系统的性能，由于混合储能系统具有多变量、强耦合的非线性特性，本质上更适合应用非线性控制策略进行控制。 本文即采用能量成型这种新型非线性鲁棒控制策略，针对微电网的应用环境，对混合储能系统展开研究。主要研究内容包括：混合储能系统的端口受控哈密顿建模，在子系统分解建模的基础上，通过反馈互联的方法，建立整个混合储能系统的端口受控哈密顿模型，为能量成型控制策略的研究打下基础；采用能量成型控制策略对混合储能系统储能元件的充放电进行控制，蓄电池进行直接功率控制以负担负荷低频功率分量，通过控制直流母线电压稳定，使超级电容器间接分担负荷高频功率分量；微电网运行环境下，混合储能系统的控制，采用能量成型控制策略实现混合储能系统并网运行状态、离网运行状态下的控制；微电网在混合储能系统配合下的并离网平滑切换控制，通过补偿、同步环节来减小切换过程对电网及用电设备的冲击。 为了检验混合储能系统能量成型控制策略的控制性能，搭建了完整微电网系统的仿真模型，并将能量成型控制策略的控制效果与经典PI闭环线性控制策略控制效果进行对比分析，结果表明能量成型控制策略不仅能够很好地满足控制要求，且较PI闭环控制具有更好的鲁棒性、快速性。本文围绕微电网混合储能系统这一研究热点展开研究，提出了能量成型这一新型非线性鲁棒控制策略，具有积极的理论和现实意义。
【关键词】：微电网 混合储能系统 能量成型控制 端口受控哈密顿 并网运行 离网运行
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9-10
• 1.2 国内外的研究发展现状10-17
• 1.2.1 微电网研究发展概况10-12
• 1.2.2 储能技术研究发展现状12-14
• 1.2.3 储能系统控制策略研究现状14-17
• 1.3 本文的主要研究内容17-18
• 第2章 混合储能系统的结构及分析18-30
• 2.1 混合储能方案的确定18-20
• 2.2 储能元件的建模与特性分析20-25
• 2.2.1 铅酸蓄电池的模型及特性分析20-23
• 2.2.2 超级电容器的模型及特性分析23-25
• 2.3 混合储能系统的结构组成25-27
• 2.3.1 储能单元接入微电网的形式25-26
• 2.3.2 混合储能系统的主电路结构26-27
• 2.4 混合储能系统工作原理分析27-29
• 2.4.1 微电网储能系统的控制方式28
• 2.4.2 混合储能单元的功率分配28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第3章 混合储能系统端口受控哈密顿建模研究30-45
• 3.1 混合储能系统的数学模型30-35
• 3.1.1 混合储能系统直流侧数学模型31
• 3.1.2 混合储能系统交流侧数学模型31-35
• 3.2 端口受控哈密顿建模的基本原理35-38
• 3.2.1 端口受控哈密顿系统模型结构35-36
• 3.2.2 端口受控哈密顿系统的无源性36-37
• 3.2.3 端口受控哈密顿建模方案设计37-38
• 3.3 子系统划分及其端口受控哈密顿建模38-41
• 3.3.1 直流子系统端口受控哈密顿模型38-39
• 3.3.2 交流子系统端口受控哈密顿模型39-41
• 3.4 混合储能系统的端口受控哈密顿模型41-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第4章 混合储能系统控制策略研究45-65
• 4.1 能量成型控制策略基本原理45-49
• 4.1.1 互联和阻尼配置能量成型控制方法46-48
• 4.1.2 能量成型控制策略的实施方案48-49
• 4.2 并网系统能量成型控制策略研究49-52
• 4.2.1 并网状态系统平衡点的设定49-50
• 4.2.2 并网能量成型控制器的设计50-52
• 4.2.3 并网能量成型控制策略的实现52
• 4.3 离网系统能量成型控制策略研究52-56
• 4.3.1 离网状态系统平衡点的设定52-53
• 4.3.2 离网能量成型控制器的设计53-55
• 4.3.3 离网能量成型控制策略的实现55-56
• 4.4 能量成型控制策略的控制性能分析56-64
• 4.4.1 系统 PI 双闭环控制策略原理56-57
• 4.4.2 两种控制策略控制效果对比57-64
• 4.5 本章小结64-65
• 第5章 混合储能系统在微电网的应用研究65-75
• 5.1 微电网仿真模型的搭建65-66
• 5.2 微电网运行状态切换仿真66-69
• 5.3 并离网平滑切换算法研究69-72
• 5.3.1 并网到离网的切换算法69-71
• 5.3.2 离网到并网的切换算法71-72
• 5.4 并离网切换算法仿真验证72-74
• 5.5 本章小结74-75
• 结论75-76
• 参考文献76-81
• 攻读硕士学位期间发表的论文81-83
• 致谢83

【参考文献】

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本文编号：992079