独立直流分布式多光伏发电系统控制技术研究

【摘要】：能源危机和环境问题已经成为当今世界必须面对和解决的严重问题。为实现人类社会的可持续发展,以太阳能光伏发电为基础的分布式发电得到了较快的发展。针对分布式光伏发电系统特征,对各个发电单元实现协调控制和优化运行以推进光伏发电系统的工程化、实用化进程具有重要的理论意义和实际意义。本文以基于光伏发电的直流分布式发电系统为研究对象,在系统结构、系统协调控制策略、分布式多光伏单元优化控制策略和分布式蓄电池储能单元优化控制策略四个方面进行了深入研究。首先通过对现有光伏发电系统的结构研究,给出一种由分布式多光伏单元、分布式蓄电池储能系统及本地负载构成的独立直流分布式多光伏发电系统,系统结构的优势在于可以通过局部地区间能量的交换来解决局部地区能量过剩和不足问题。然后对分布式发电系统协调控制策略进行了详细研究,采用基于直流母线电压变化量的电压分层协调控制策略实现了独立直流分布式多光伏发电系统中各个发电单元的协调控制,保证了系统在不同工况下都能安全稳定运行。其次,对不同局部地区多光伏单元的调度策略进行了研究,给出多光伏单元同步调度和分步调度概念。针对多光伏单元的分步调度,提出一种基于EIM+DBS的光伏接口变换器分步调度控制方法。此外,对分布式蓄电池储能系统优化控制策略进行了研究,提出了公共负载系统和分布式负载系统的概念并对两种系统各自特点进行了研究。将减小系统网损作为分布式蓄电池储能系统的优化控制目标,分析了传统下垂控制在减小系统网损方面的原理。同时针对分布式蓄电池储能单元剩余容量(SOC)不平衡问题,提出一种基于蓄电池端电压的改进下垂控制方法以缓解分布式蓄电池储能系统的SOC不平衡程度。在每章节末对理论分析进行了基于MATLAB/Simulink环境的仿真验证。文章最后,搭建了包含两组光伏单元的实验平台并对系统软硬件进行了设计,对光伏单元控制策略进行了实验验证。 【关键词】：分布式光伏发电 系统结构 协调控制策略 优化控制
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题研究背景10-11
• 1.2 光伏电池和蓄电池工作原理及特性简介11-16
• 1.2.1 光伏电池工作原理和等效电路模型及仿真11-15
• 1.2.2 蓄电池工作原理和工作特性15-16
• 1.3 课题的研究意义和主要内容16-18
• 第2章 光伏发电系统结构及能量管理策略研究18-38
• 2.1 光伏发电系统结构研究18-25
• 2.1.1 独立光伏发电系统结构研究现状18-21
• 2.1.2 独立直流分布式多光伏发电系统21-23
• 2.1.3 独立直流分布式多光伏发电系统能量流分析23-25
• 2.2 直流分布式多光伏发电系统能量管理策略研究25-37
• 2.2.1 分布式发电系统能量管理策略研究现状25-26
• 2.2.2 基于电压分层的分布式多光伏发电系统协调控制策略26-29
• 2.2.3 仿真验证和分析29-37
• 2.3 本章小结37-38
• 第3章 分布式多光伏单元优化控制策略研究38-51
• 3.1 基于动态等效阻抗匹配法的光伏阵列控制方法38-40
• 3.1.1 基于等效阻抗匹配法的光伏阵列MPPT控制38-39
• 3.1.2 基于等效阻抗匹配法的光伏阵列恒压控制39-40
• 3.2 分布式多光伏单元调度策略研究40-42
• 3.2.1 分布式多光伏单元同步调度策略41
• 3.2.2 分布式多光伏单元分步调度策略41-42
• 3.3 基于EIM+DBS的多光伏单元分步调度控制方法42-44
• 3.3.1 基于EIM+DBS的光伏接口变换器控制方法42-43
• 3.3.2 饱和系数Ksat设计方法43-44
• 3.4 仿真验证44-50
• 3.5 本章小结50-51
• 第4章 分布式蓄电池储能单元优化控制策略研究51-68
• 4.1 变换器并联运行控制策略研究现状51-53
• 4.2 分布式蓄电池储能单元优化控制思想53-59
• 4.2.1 公共负载系统53-54
• 4.2.2 分布式负载系统54-55
• 4.2.3 分布式蓄电池储能单元优化控制思想55-57
• 4.2.4 仿真验证57-59
• 4.3 分布式蓄电池储能单元SOC不平衡性缓解控制策略59-67
• 4.3.1 分布式储能系统剩余容量平衡控制策略研究现状60-61
• 4.3.2 基于蓄电池端电压的SOC不平衡性缓解控制方法61-65
• 4.3.3 仿真验证65-67
• 4.4 本章小结67-68
• 第5章 系统软硬件设计及实验研究68-77
• 5.1 实验系统的硬件介绍68-70
• 5.1.1 主电路简介68-69
• 5.1.2 采样电路69-70
• 5.2 系统软件设计70-71
• 5.2.1 系统主程序设计70
• 5.2.2 AD中断程序设计70-71
• 5.3 单组光伏阵列控制的实验验证71-74
• 5.3.1 最大功率跟踪实验71-72
• 5.3.2 恒压控制实验72-73
• 5.3.3 两种运行模式切换实验73-74
• 5.4 多光伏单元分步调度策略的实验验证和分析74-76
• 5.5 本章小结76-77
• 结论77-79
• 参考文献79-85
• 致谢85-86
• 作者简介86

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