基于状态空间模型的智能电网蓄电池储能系统仿真研究

发布时间：2017-07-17 02:05

  本文关键词：基于状态空间模型的智能电网蓄电池储能系统仿真研究

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【摘要】：在当今电力系统正经历着能源与电网的更新换代,新型能源替代化石燃料,智能电网取缔传统电网,电力系统即将步入一个更环保、更智能的新阶段。同时,对于电力系统运行的安全性、可靠性以及经济性的要求也在不断提高。蓄电池储能系统(BESS)由于其自身具有提高电网稳定性,降低电网运行损耗等优异性能,其在智能电网中的利用率必然会逐年呈上升趋势。在现代电力系统中,蓄电池储能系统能够在施加优化控制下实现对电网负载曲线的削峰填谷,以及其他包括系统有功/无功功率平衡控制、降低系统损耗等辅助功能。事实上,为了达到上述“电网等级”的控制目标,需要通过每个独立的蓄电池储能系统分别对其所连接的电网输出端的有功/无功功率进行控制,包括控制储能系统内部直流母线电压而实现的。因此,探究与掌握蓄电池储能系统的运行特性,并且摸索实现稳定运行所需的控制方式是十分重要的。本文首先提出了一个基于AC/DC有源整流器及双向DC/DC直流变压器的蓄电池储能系统模型,以支持蓄电池组能够运行于其充电/放电模式。通过分别对AC/DC整流器及DC/DC变压器在充/放电模式下的回路分析与计算,列出系统状态空间方程,并运用MATLAB/Simulink仿真软件建立蓄电池储能系统状态空间仿真模型。运用滑动模式控制(Sliding Mode Control)以及电压定向控制(Voltage Oriented Control)两种控制方法,分别实现对储能系统有功功率、无功功率以及直流母线电压的控制。模拟实验所得的主要成果有:(1)基于状态空间模型的蓄电池储能系统在控制单元作用下能够平稳运行并自动切换在充/放电模式,一次充放电循环的效率为86.4%。同时,储能系统的有功功率、无功功率以及直流母线电压都得到了理想的控制效果。(2)为了验证本文提出的状态空间模型模拟结果的准确度与可行性,我们同时运用开关电路详细仿真模型(Detailed Switching Circuit Model)对储能系统进行仿真模拟,并将两种模型所得模拟结果进行对比。相比于传统的仿真方法,本文所采用的状态空间模型仿真更为简洁明了,同时实验结果也显示状态空间模型不仅能准确跟随系统状态的平均值,且大幅度缩短了模拟时间。(3)蓄电池储能系统在控制单元的作用下可以实现对用户负荷曲线的削峰填谷,从而降低电网供电压力,降低用电消耗。
【关键词】：蓄电池储能系统 智能电网 状态空间模型 有功/无功功率控制
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-21
• 1.1 课题的背景及研究意义8-14
• 1.1.1 传统能源与新型能源8-9
• 1.1.2 智能电网的定义及发展9-12
• 1.1.3 我国智能电网的发展12-13
• 1.1.4 蓄电池储能系统在智能电网中的应用13-14
• 1.2 储能系统的研究现状14-16
• 1.2.1 国内外对储能技术的研究现状14-15
• 1.2.2 储能技术在电力系统中的应用15-16
• 1.3 蓄电池储能系统16-18
• 1.4 本文研究的主要内容18-21
• 2 蓄电池储能系统的状态空间仿真模型21-36
• 2.1 引言21
• 2.2 状态空间21-22
• 2.3 蓄电池储能系统仿真模型22-23
• 2.4 直流变压器23-27
• 2.4.1 蓄电池放电模式24-25
• 2.4.2 蓄电池充电模式25-26
• 2.4.3 双向直流变压器的状态空间方程26-27
• 2.5 AC/DC有源整流器27-34
• 2.5.1 整流器模型与正弦波脉冲宽度调制SPWM28-31
• 2.5.2 有源整流器的状态空间方程31-34
• 2.6 蓄电池储能系统的状态空间方程34-35
• 2.7 本章小结35-36
• 3 蓄电池储能系统的自动控制原理36-44
• 3.1 引言36
• 3.2 滑动模式控制法控制系统有功功率36-39
• 3.2.1 滑动模式控制法基本理论36-37
• 3.2.2 线性滑动模式控制法的数学描述37-38
• 3.2.3 有功功率控制的数学推导过程38-39
• 3.3 电压定向控制法控制系统无功功率以及直流母线电压39-43
• 3.3.1 三相整流器控制方式与电压定向控制法40
• 3.3.2 电压定向控制的数学推导40-43
• 3.4 本章小结43-44
• 4 蓄电池储能系统的测试与模拟结果44-57
• 4.1 引言44
• 4.2 系统参数的设定以及初值的计算44-45
• 4.3 充放电模型的自动切换与控制45-49
• 4.4 与开关电路详细仿真模型的对比49-53
• 4.5 蓄电池储能系统在降低电网输电峰值中的应用53-56
• 4.6 本章小结56-57
• 5 结论与展望57-59
• 5.1 主要结论57
• 5.2 后续研究工作展望57-59
• 致谢59-60
• 参考文献60-66

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 周华东;张东泽;龚辉;卫健;吕林;;变电站蓄电池充放电过程分析与建模[J];电源技术;2015年03期

2 徐以升;李树梅;孙冯营;刘丙乾;林煜清;;基于PSCAD的蓄电池模型的仿真研究[J];电子质量;2015年05期

3 董仲星;刘念;刘宗歧;;一种适用于微电网仿真研究的电池动态模型[J];华东电力;2013年11期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 董冰;基于锂离子动力电池的纯电动汽车能量管理系统控制策略与优化[D];吉林大学;2014年

2 戚艳;微网广义储能系统协调控制策略及容量优化配置方法研究[D];天津大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 张旺;低压微型光伏直流微电网控制策略的研究[D];中南大学;2013年

2 余涛;微网孤网运行控制策略研究[D];西南交通大学;2014年

3 蒋剑峰;风柴蓄微电网优化设计与仿真[D];华北电力大学;2014年

4 赵巍巍;基于独立太阳能供电的照明系统控制及蓄电池状态监测研究[D];西南石油大学;2014年

5 张达;直流配电网电磁暂态仿真算法研究[D];浙江大学;2014年

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本文编号：551482