微网用复合储能系统优化控制策略研究

发布时间：2017-06-25 08:11

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【摘要】：微网是风力、光伏等分布式并网发电蓬勃发展的必然产物,在促进分布式电源与可再生能源的大规模接入、提高电力安全和提升能源利用效率等方面具有突出优势。储能系统对改善微网的电能质量,提高稳定性和运行效益意义重大,业已成为微网不可或缺的组成部分和至关重要的技术支撑。首先,针对在目前的技术条件下单一储能方式无法同时兼顾微网储能能量密度和功率密度需求的现状,设计了一种由蓄电池、超级电容和压缩空气储能构成的新型微网用多元复合储能系统方案。在分析各储能装置的特性与能量转换效率基础上,综合考虑经济性和能量管理灵活性,确定了复合储能系统的拓扑结构。微网工况复杂多变,储能装置底层变流器应对系统功率波动、工作模式切换等工况时能否维系母线电压稳定是功率的协调分配的关键基础。本文分析了复合储能系统DC/DC和AC/DC变流器的工作原理,基于切换理论建立了其数学模型,设计了系统最优切换律对功率开关进行控制,实现了储能装置底层变流器的优化控制。仿真和试验结果表明与传统建模和控制方法相比,本文的方法在功率大幅变化等工况下可有效抑制微网母线电压波动,确保系统稳定运行。针对微网复合储能系统能量管理问题,本文在综合考虑不同储能装置的工作特性的前提下,分别利用滤波法和经验模式分解法对储能装置进行功率分配。使用滤波法时,通过改变滤波时间常数可以灵活分配各储能单元功率。但在考虑经济性时,确定时间常数的计算过程比较复杂。使用经验模式分解法时,所确定的功率指令可以减少储能装置的充放电深度,增加其寿命,从而减少储能费用。针对复合储能进行实时控制时需对功率指令进行预测的问题,本文基于EMD和ARMA结合的方法对功率信号进行建模预测,结果表明在同样阶数的模型下,比单一采用/ARMA建模方法预测精度更高。最后,搭建了含压缩空气储能、蓄电池、超级电容的微网用微型复合储能系统试验平台,为相关算法验证与该类复合储能系统的工程实践奠定基础。
【关键词】：复合储能 压缩空气储能 微网 变流器控制 能量管理
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM727
【目录】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 课题研究背景11-12
• 1.2 储能技术在微网中的作用与意义12-14
• 1.3 微网用复合储能系统关键技术研究现状14-17
• 1.4 本文的主要研究内容17-18
• 第二章 含压缩空气储能的微网用复合储能系统及其拓扑设计18-30
• 2.1 储能装置特性分析18-26
• 2.1.1 蓄电池特性分析18-19
• 2.1.2 超级电容特性分析19-21
• 2.1.3 压缩空气储能系统特性分析21-26
• 2.2 复合储能系统拓扑结构分析26-29
• 2.3 本章小结29-30
• 第三章 基于切换系统理论的微网用储能系统变流器优化控制30-43
• 3.1 双向DC/DC变流器的建模与控制30-37
• 3.2 双向AC/DC变流器的建模与控制37-42
• 3.3 本章小结42-43
• 第四章 微网复合储能系统能量管理策略研究43-57
• 4.1 复合储能系统能量管理策略43-53
• 4.1.1 基于滤波法的能量管理策略43-48
• 4.1.2 基于经验模式分解法的能量管理策略48-53
• 4.2 复合储能系统的控制策略53-56
• 4.2.1 基于EMD-ARMA模型的功率预测53-55
• 4.2.2 复合储能系统控制策略55-56
• 4.3 本章小结56-57
• 第五章 微网用复合储能系统试验平台搭建57-64
• 5.1 复合储能平台设计57-61
• 5.1.1 平台结构与设备选型57-59
• 5.1.2 平台控制的实现方法59-61
• 5.2 平台试验结果61-63
• 5.3 本章小节63-64
• 第六章 总结和展望64-65
• 参考文献65-70
• 致谢70-71
• 学位论文评阅及答辩情况表71

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本文编号：481387