超级电容储能系统的数字仿真模型及其实现方法

发布时间：2017-10-05 06:07

  本文关键词：超级电容储能系统的数字仿真模型及其实现方法

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【摘要】：二十一世纪以来,在能源与环境的双重压力下,分布式发电技术得以迅速发展。然而风能、太阳能等新能源的随机性,将导致分布式电源的输出功率具有波动性和间歇性,因此分布式电源并网规模的日益增大,将对电网的可靠性和电能质量造成冲击。储能技术能够为电网提供瞬时和短时的功率支持,分布式发电技术与其相结合将是减小并网冲击的关键手段。超级电容作为一种功率型储能装置,具有功率密度大、响应快等优点,随着其容量的不断增加,将为分布式电源平滑接入电网提供可能。本文以超级电容为研究对象,基于电力系统仿真计算要求,建立了准确的超级电容单体仿真模型,并在超级电容储能系统的应用和建模方面展开了系统研究。本文详细阐述了超级电容的分类、运行机理和充放电特性。选取双电层型超级电容,基于其建模现状,提出了一种适合于并网仿真的双电层超级电容模型:并网二阶模型。同时给出确定其模型参数的经典方法。在经典参数下,对二阶模型进行了参数灵敏度分析。在此基础上,对容量为16.5F和33F的超级电容实物分别进行了恒电流和恒功率充放电实验,采用所得实验数据,选取综合改进的遗传算法,对二阶模型进行了参数辨识,辨识误差均在5%以下,并定性地分析了模型参数与超级电容容量间的比例关系。基于动态模拟实验室30k W的超级电容储能系统实物研究了储能系统的拓扑结构和运行机理,储能系统通过与动模实验室的大电网相联,实现了超级电容参与微网不间断电源(Uninterruptible Power Supply,UPS)供电和机组调频的基本测试。在此基础上,阐述了双向DC/DC换流器和双向DC/AC变流器的控制策略,基于Matlab/Simulink仿真平台构建了超级电容储能系统详细仿真模型,通过仿真实验验证了该仿真系统及其控制策略的正确性和有效性。为了研究超级电容储能系统的动态特性,将超级电容储能系统详细仿真模型接入电网4节点仿真系统进行暂态实验,根据储能系统动态特性,提出了超级电容储能系统综合等效模型,并采用遗传算法进行了参数辨识。通过对仿真系统设置不同的故障,以及在电力系统仿真软件PSASP中的联合仿真,证明了综合等效模型具有良好的描述能力、参数稳定性和适用性。
【关键词】：电力系统 储能装置 超级电容 辨识建模 动态建模 储能应用
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM53
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 第1章 绪论14-27
• 1.1 课题的研究背景及意义14-15
• 1.2 分布式发电技术现状15-21
• 1.2.1 新能源概述及其利用现状15-16
• 1.2.2 分布式发电技术基本概念16-17
• 1.2.3 典型的分布式发电技术17-19
• 1.2.4 分布式发电技术对电力系统的影响19-21
• 1.3 储能技术概述及其在分布式发电系统中的作用21-23
• 1.3.1 储能技术种类及应用现状21-22
• 1.3.2 储能技术在分布式发电系统中的作用22-23
• 1.4 超级电容应用现状及前景23-25
• 1.4.1 超级电容应用现状23-25
• 1.4.2 超级电容应用前景25
• 1.5 本文主要工作内容25-27
• 第2章 超级电容单体辨识建模及其仿真27-49
• 2.1 超级电容机理特性27-29
• 2.1.1 超级电容分类27
• 2.1.2 超级电容储能运行机理27-28
• 2.1.3 超级电容充放电特性28-29
• 2.2 超级电容并网二阶模型的建立及其运行特性29-39
• 2.2.1 超级电容建模现状29-34
• 2.2.2 超级电容并网二阶模型34-35
• 2.2.3 超级电容单体模型经典参数35-36
• 2.2.4 超级电容并网二阶模型灵敏度分析36-39
• 2.3 超级电容二阶模型实测数据参数辨识39-48
• 2.3.1 超级电容单体数学模型39-40
• 2.3.2 超级电容单体模型辨识初始条件40
• 2.3.3 辨识优化算法40-41
• 2.3.4 数学模型和算法验证41-43
• 2.3.5 超级电容恒电流工作模式下参数辨识43-45
• 2.3.6 超级电容恒功率工作模式下参数辨识45-47
• 2.3.7 超级电容并网二阶模型参数与容量关系分析47-48
• 2.4 本章小结48-49
• 第3章 超级电容储能系统应用及其建模49-65
• 3.1 超级电容储能系统拓扑结构49-50
• 3.2 30kW超级电容储能系统实物及其应用50-54
• 3.2.1 30kW超级电容储能系统拓扑结构及功能50-52
• 3.2.2 30kW超级电容储能系统并网实验52-54
• 3.3 超级电容储能系统建模54-64
• 3.3.1 双向DC/DC功率变换器结构及其控制策略55-56
• 3.3.2 并网双向变流器DC/AC结构及其控制策略56-58
• 3.3.3 PCS数学建模58-61
• 3.3.4 超级电容储能系统详细仿真建模61-62
• 3.3.5 超级电容储能系统详细仿真模型验证62-64
• 3.4 本章小结64-65
• 第4章 超级电容储能系统综合等效建模及其仿真65-74
• 4.1 建立超级电容储能系统综合等效模型的必要性65-66
• 4.2 反映超级电容特性的仿真模型66
• 4.3 超级电容储能系统等效描述66-73
• 4.3.1 超级电容仿真模型基本假设67
• 4.3.2 超级电容储能系统的动态特性67
• 4.3.3 超级电容储能系统动态综合等效模型67-68
• 4.3.4 辨识方法及初始条件的确定68-69
• 4.3.5 综合等效模型的检验—描述能力69-70
• 4.3.6 综合等效模型的检验—稳定性70-71
• 4.3.7 综合等效模型的检验—多类型仿真软件适用性71-73
• 4.3.8 综合等效模型的检验—合理性及现实意义讨论73
• 4.4 本章小节73-74
• 结论74-76
• 本文的主要研究内容和成果74-75
• 存在的不足与展望75-76
• 参考文献76-82
• 致谢82-83
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术成果目录83-84
• 附录B 攻读学位期间参与的科研项目84

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 许守平;李相俊;惠东;;大规模储能系统发展现状及示范应用[J];电源技术;2015年01期

2 叶季蕾;薛金花;王伟;吴福保;杨波;;储能技术在电力系统中的应用现状与前景[J];中国电力;2014年03期

3 国家电网公司"电网新技术前景研究"项目咨询组;王松岑;来小康;程时杰;;大规模储能技术在电力系统中的应用前景分析[J];电力系统自动化;2013年01期

4 高明杰;惠东;高宗和;雷为民;李建林;王银明;;国家风光储输示范工程介绍及其典型运行模式分析[J];电力系统自动化;2013年01期

5 周发鑫;闫冰;杨磊;;我国风力发电探究[J];市场论坛;2012年05期

6 杨卫东;姚建国;杨胜春;;储能技术对未来电网发展的作用分析[J];水电自动化与大坝监测;2012年02期

7 俞恩科;陈梁金;;大规模电力储能技术的特性与比较[J];浙江电力;2011年12期

8 张慧妍;程楠;景阳;;超级电容器储能系统的应用研究综述[J];电力电子技术;2011年12期

9 王皓怀;汤涌;侯俊贤;邹江峰;梁双;苏峰;;风光储联合发电系统的组合建模与等值[J];中国电机工程学报;2011年34期

10 中央党校课题组;曹新;;中国新能源发展战略问题研究[J];经济研究参考;2011年52期

中国博士学位论文全文数据库 前4条

1 张宪昌;中国新能源产业发展政策研究[D];中共中央党校;2014年

2 郑伟;光伏并网逆变器辨识建模方法及应用[D];重庆大学;2014年

3 钱军;考虑分布式发电的配电网综合负荷建模方法研究[D];湖南大学;2010年

4 王永刚;高比能量电化学电容器的研究[D];复旦大学;2007年

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 宋文;含分布式发电的配电网优化规划研究[D];山东大学;2014年

2 李天骄;分布式发电对输电网调度的影响分析[D];山东大学;2014年

3 彭勋;实际电网负荷建模及综合负荷特性对暂态稳定性影响研究[D];湖南大学;2013年

4 刘春晓;大型风电场对静态电压稳定性的影响研究[D];天津大学;2009年

5 张晓帅;反铁电储能材料[D];天津大学;2008年

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本文编号：975160