基于風(fēng)-光發(fā)電系統(tǒng)的儲能系統(tǒng)建模與控制.pdf

1、近年來，一方面隨著傳統(tǒng)石化能源的枯竭和社會發(fā)展對電力能源的進(jìn)一步需求，另一方面因?yàn)轱L(fēng)能、太陽能等可再生能源分布廣泛、無污染、可循環(huán)等優(yōu)勢受到極大青睞，因此世界各國都加快了可再生能源開發(fā)利用。但是風(fēng)、光等新能源發(fā)電的能源等具有間歇性、不連續(xù)、不穩(wěn)定、低密度、隨時間、季節(jié)變化等特點(diǎn)，隨著這些能源比重的增加，會對同步系統(tǒng)產(chǎn)生許多負(fù)面影響。而新能源分布式發(fā)電系統(tǒng)匹配一定容量的儲能系統(tǒng)并入電網(wǎng)的方式是解決上述問題的主要發(fā)展方向，因?yàn)閮δ芟到y(tǒng)能為間

2、歇性的可再生能源發(fā)電系統(tǒng)提供能量緩沖、削峰填谷和后備電源的作用，是改善間歇性能源發(fā)電的最佳方式。基于此，論文在參加相關(guān)科研項(xiàng)目基礎(chǔ)上，提出基于風(fēng)/光發(fā)電系統(tǒng)的儲能系統(tǒng)建模與控制研究，其主要工作包括:
　　(1)提出了采用三端口雙向DC/DC變換器進(jìn)行雙能量源的能量管理混合儲能系統(tǒng)，該方法減少了變換器數(shù)量、成本，并能實(shí)現(xiàn)高效的集中控制。在分析大量的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(PCS)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其相應(yīng)的控制特點(diǎn)基礎(chǔ)上，儲能系統(tǒng)采用三端口全橋雙向DC

3、/DC變換器+PWM逆變器的PCS拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的方案。論文重點(diǎn)分析了三端口雙向DC/DC變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的等效電路和換流過程，建立了基于狀態(tài)空間平均法的DC/DC變換器數(shù)學(xué)模型，研究了變換器各輸入端口間變量耦合關(guān)系進(jìn)行解耦的策略，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了變換器的的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，并采用移相PWM控制策略實(shí)現(xiàn)蓄鋰電池和超級電容雙電源的能量互補(bǔ)能量控制。
　　(2)提出了鋰電池、超級電容性質(zhì)互補(bǔ)的混合儲能模式在新能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用。由于二者在能量

4、密度、功率密度上可實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)、提高了電網(wǎng)系統(tǒng)能量穩(wěn)定性、快速性。文中介紹了鋰電池和超級的等效電路、進(jìn)行數(shù)學(xué)建模的參數(shù)辨識方法和影響因素，采用了基于無味卡爾曼算法（UKF）對鋰電池和超級電容的荷電狀態(tài)(SOC)的進(jìn)行估算的方法，其中主要推導(dǎo)了估算的實(shí)現(xiàn)過程，還討論了SOC估算精度的影響因素和系統(tǒng)中鋰電池與超級電容的容量參數(shù)的配置策略。
　　(3)建立了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的和光伏發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，重點(diǎn)研究了影響風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)、發(fā)電機(jī)

5、的轉(zhuǎn)動慣量、一軸系剛度系數(shù)、阻尼系數(shù)等對風(fēng)電系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)，驗(yàn)證了通過選擇適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)參數(shù)，改善系統(tǒng)獲得良好的瞬態(tài)性能。介紹了光伏發(fā)電系統(tǒng)光伏電池的數(shù)學(xué)模型和光伏陣列的最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)算法，使光伏發(fā)電系統(tǒng)工作在最大功率狀態(tài)。結(jié)合電力系統(tǒng)動態(tài)模型驗(yàn)證了儲能系統(tǒng)對改善電網(wǎng)母線電壓、頻率等參數(shù)進(jìn)行了仿真研究，仿真實(shí)驗(yàn)證明了儲能對于改善電網(wǎng)潮流的顯著作用。
　　(4)論文最后構(gòu)建了含風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電模擬系統(tǒng)和儲能系統(tǒng)并接入實(shí)驗(yàn)室