直流微电网混合储能控制及系统分层协调控制策略

发布时间：2018-12-30 13:06

【摘要】：微电网作为近年来的新生事物，可以整合各类分布式电源，提高可再生能源利用率，减少其接入电网时带来的不良影响。直流微电网，是未来微电网的重要发展方向，相对交流微电网具有能量变换环节少、控制方便和系统损耗小等优点，有利于太阳能发电、锂电池、超级电容器以及直流负荷等直流性质单元的进一步应用。目前全球范围内关于直流微电网的讨论和分析还在起步阶段，本文主要研究含混合储能装置的直流微电网系统运行和控制的相关问题。本论文得到国家国际科技合作专项项目“含分布式电源微电网运行与优化控制的合作研究”的支持，也得到山西省煤基重点科技攻关项目“大规模间歇式新能源并网技术开发”的支持。 首先建立光伏阵列的数学模型并分析其对外工作特性，依据其结果，研究光伏发电单元的控制策略。结合系统运行要求，该控制策略设定光伏发电单元有光伏最大功率跟踪控制和恒压控制两种方式，其中，最大功率跟踪控制选用变步长电导增量法；为验证控制策略有效性，本文在Matlab/Simulink中设计电路主结构，进行参数选择，搭建光伏单元结构模型，分别进行标准条件下、温度变化时、光照变化时光伏发电单元最大功率跟踪控制及恒压控制仿真测试。仿真结果验证了光伏发电单元可以在两种控制方式下稳定运行。 然后重点讨论超级电容器和锂电池的工作原理、数学模型以及输出特性，并研究和设计混合储能装置中双向DC/DC变换器的电路结构及控制参数。在此基础上，提出适用于并联结构的混合储能改进控制策略。该策略能够充分利用超级电容器和锂电池的性能优势，能够优化二者的输出特性，能够提高混合储能系统控制的动态灵活性及运行寿命；通过超级电容器储能和锂电池储能在相应工作层区的协调配合，实现混合储能调整直流微电网母线电压和平衡系统功率的目标。 其次对直流微电网系统的结构、功率流向及控制方式进行分析，，提出依据母线电压变化的电压分层协调控制策略，阐述各层区系统运行情况。本文所提控制策略主要把系统运行工作具体分成五个层区，通过光伏发电单元最大功率跟踪及恒压控制、混合储能电压下垂控制及系统减载的协调配合，自动调节母线电压，平滑层区间的切换，实现微电网在各类工况下的稳定运行。 最后搭建含光伏发电单元、混合储能装置及直流负荷的直流微电网系统实验平台，对实验平台的硬件结构和软件设计进行详细论述，并通过五组实验对本文研究的混合储能控制策略及系统分层协调控制策略进行验证。实验结果说明，超级电容器和锂电池性能优势得到互补，通过在第二和第四层区的协调配合，可以实现混合储能装置调整直流母线电压和平衡系统功率的目标；系统层级控制策略可以有效实现母线电压的自动调节和层区间的平滑切换，直流微电网能够在各类工况下稳定运行。
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【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615

【参考文献】

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本文编号：2395622