基于飞轮储能系统的光伏直流微网电压控制方法的研究

发布时间：2017-09-12 20:48

  本文关键词：基于飞轮储能系统的光伏直流微网电压控制方法的研究

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【摘要】：随着化石燃料的日益减少,环境污染的日渐严重,分布式能源发电的发展愈加迅速。微网是由分布式电源、负载、储能装置和控制系统组合而成的一个可控的小型发电系统,它的出现为分布式发电技术的应用指明了方向。基于太阳能资源取之不尽、用之不竭且清洁零污染的优势,光伏发电于众多的分布式能源发电技术里备受瞩目,在微网中的应用非常广泛。飞轮储能是一种优越的新型储能方式,与传统化学形式的储能装置相比,具有寿命长、密度高、易控制和无污染等优点,在调节电能质量方面有着非常广阔的应用前景。本文针对基于飞轮储能系统的独立光伏微网,对其直流母线电压的控制进行了研究,旨在实现微网中能量的充分利用,维持母线电压的稳定性,保证微网的供电可靠性和电能质量。首先,根据微电源光伏电池的工作原理和输出特性建立其数学模型;采用一种变步长扰动观察法实现光伏电池的最大功率跟踪控制;在Matlab/Simulink环境下,搭建光伏电池和MPPT的仿真模型。然后,对飞轮储能装置的结构和工作原理进行概述,通过分析选择永磁无刷直流电机作为飞轮驱动电机,在此基础上建立飞轮储能系统的数学模型和等效电路。以充电环节为例,采用传统的转速-电流双闭环的控制策略,在Matlab/Simulink中搭建飞轮储能系统的仿真模型。最后,从独立光伏微网的拓扑结构出发,阐述微网直流母线电压控制的重要性,并制定相关控制原则;滑模变结构控制具有结构简单、对参数变化及外界扰动不敏感等优点,提出一种滑模与PI控制相结合的控制算法;设计了基于PI控制和滑模PI复合控制的飞轮驱动电机的控制策略,并在Matlab/Simulink中对所提出的控制方案进行了仿真验证;将两者的控制效果进行对比,结果表明:在外界环境变化较大的情形下,滑模PI复合控制的效果要优于PI控制。
【关键词】：微网 光伏发电 飞轮储能 电压 PI控制 滑模
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM615;TK02
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 引言10-11
• 1.2 直流微网的国内外研究近况11-13
• 1.2.1 直流微网的概念11
• 1.2.2 直流微网的国外发展现状11-12
• 1.2.3 直流微网的国内发展现状12-13
• 1.3 光伏产业的发展概述13-15
• 1.3.1 国外光伏产业的发展及前景13-14
• 1.3.2 国内光伏产业的发展及前景14-15
• 1.4 飞轮储能技术发展概况15-18
• 1.4.1 飞轮储能技术的国外发展概况15-16
• 1.4.2 飞轮储能技术的国内发展概况16-18
• 1.5 本论文的主要工作18-19
• 第2章 光伏微网中微电源的建模及仿真分析19-30
• 2.1 光伏电池模型19-23
• 2.1.1 光伏电池工作原理19-20
• 2.1.2 光伏电池的输出特性20
• 2.1.3 光伏电池等效电路20-21
• 2.1.4 光伏电池数学模型21-22
• 2.1.5 光伏电池的仿真分析22-23
• 2.2 最大功率跟踪控制模型23-29
• 2.2.1 MPPT工作原理23-24
• 2.2.2 常用MPPT算法介绍24-25
• 2.2.3 仿真分析25-29
• 2.3 本章小结29-30
• 第3章 飞轮储能系统的研究30-40
• 3.1 飞轮储能系统的构成和工作原理30-31
• 3.2 飞轮电机的选择31-32
• 3.3 飞轮储能系统的数学模型32-33
• 3.4 飞轮储能系统的等效电路和传递函数33-34
• 3.5 飞轮储能系统的建模及仿真分析34-38
• 3.5.1 各模块的搭建34-36
• 3.5.2 仿真分析36-38
• 3.6 本章小结38-40
• 第4章 基于飞轮储能稳定光伏微网母线电压方法的设计与研究40-56
• 4.1 光伏微网的结构40-41
• 4.2 微网直流母线电压控制的重要性41
• 4.3 微网直流母线电压的控制策略41-42
• 4.4 基于PI控制稳定微网母线电压的方法研究42-46
• 4.4.1 比例积分(PI)控制基本思想42
• 4.4.2 基于PI控制的飞轮驱动电机的控制策略42-44
• 4.4.3 基于PI控制稳定微网母线电压的仿真与结果分析44-46
• 4.5 基于滑模PI复合控制稳定微网母线电压的方法研究46-55
• 4.5.1 滑模变结构控制简介46-47
• 4.5.2 滑模变结构控制基本原理47-48
• 4.5.3 滑模变结构基本设计方法48-50
• 4.5.4 滑模变结构控制的优缺点50
• 4.5.5 基于滑模PI复合控制的飞轮驱动电机的控制策略50-52
• 4.5.6 基于滑模PI复合控制稳定微网母线电压的仿真与结果分析52-55
• 4.6 两种方法的比较55
• 4.7 本章小结55-56
• 第5章 总结与展望56-58
• 5.1 总结56
• 5.2 展望56-58
• 参考文献58-61
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其他成果61-62
• 致谢62

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：839464