带储能的太阳能光伏发电系统研究

【摘要】：当今世界传统能源供应持续紧缺,各国都将发展新型能源作为国家的一项长期发展战略。太阳能光伏发电以其取之不尽,用之不竭的特点,受到了广泛关注。但是当外界条件变化时,光伏输出功率会有明显变动,会造成接入点电压波动,给电网调度造成影响。特别是目前光伏电站装机容量不断增大,并网规模随之增长,这一缺陷将限制更大规模的光伏电站并网发电。本文围绕带储能系统的并网光伏发电系统,在分析了传统并网光伏发电系统的基础上,研究了在外界条件变化下并网功率输出的控制策略以满足电网功率调度需求,展开了相关的仿真和实验研究,验证了本文使用的方法是正确可行的。 本文首先研究了光伏并网发电系统。建立了光伏电池的输出数学模型；研究了光伏并网功率最大功率跟踪算法,建立了基于改进爬山法的最大功率跟踪仿真模型,搭建了实验电路来验证算法的正确性；推导了三相并网逆变器在网侧三相电压对称条件下的数学模型,完成了基于网侧电压定向的P-Q解耦双环控制的三相并网逆变器仿真。针对网侧三相并网逆变器空载启动时网侧电流存在较大冲击的问题,采用了“d轴电流爬山函数”方法解决,并建立仿真模型予以算法验证。 其次,开展了储能系统的研究。在分析了并网点电压波动原因和满足电网功率调度的基础上,说明了为并网光伏系统引入储能设备的必要性。阐述了双向储能变流器的工作原理,分析了储能型并网光伏系统的运行工况,根据储能系统在并网光伏系统中的不同作用说明了储能变流器的两种控制策略。完成了在外界条件变化时,带储能系统2kW光伏并网系统并网功率稳定输出的仿真。 最后,依托西南交通大学“211”实验室建设项目《电力牵引传动与网络控制试验教学平台建设》的子项目——微电网及控制试验系统,搭建了以DSP+FPGA为控制核心的2kW光伏并网系统。在该试验系统中完成了系统软件、硬件设计,完成了光伏系统最大功率输出,光伏系统单位功率因数并网满功率运行和储能系统给定功率释放或吸收功率等实验。针对成都地区阴雨天气较多,一年中相当长时间无法利用太阳能电池板作为功率源调试的问题,提出了一种光伏电池模拟设备。该试验设备较好模拟了光伏电池P-V曲线,有效降低了调试成本,提高了调试效率。 【关键词】：光伏并网发电 最大功率跟踪 三相并网逆变器 储能系统 功率调度
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 国内外光伏产业现状11-13
• 1.2 传统并网光伏系统存在的问题13
• 1.3 储能并网光伏系统13-14
• 1.4 本文的写作背景与主要工作14-16
• 第2章 并网光伏发电系统16-43
• 2.1 太阳能光伏电池16-21
• 2.1.1 光伏电池的原理16-17
• 2.1.2 光伏电池建模17-19
• 2.1.3 光伏电池仿真分析19-21
• 2.2 最大功率跟踪控制21-32
• 2.2.1 最大功率跟踪控制思想21-23
• 2.2.2 基于改进扰动法的最大功率跟踪算法23-24
• 2.2.3 基于改进爬山法的仿真分析24-28
• 2.2.4 基于改进爬山法的实验分析28-32
• 2.3 三相并网逆变器32-42
• 2.3.1 三相并网逆变器统一数学模型的建立33-34
• 2.3.2 三相并网逆变器P-Q控制算法34-38
• 2.3.3 三相并网逆变器P-Q控制仿真分析38-42
• 2.4 小结42-43
• 第3章 储能双向变流器43-53
• 3.1 功率波动对电网的影响43-44
• 3.2 储能双向变流器的拓扑结构44-46
• 3.3 储能变流器控制策略46-49
• 3.3.1 储能并网光伏系统运行工况46-47
• 3.3.2 储能双向变流器的控制策略47-49
• 3.4 储能并网光伏系统仿真分析49-52
• 3.5 小结52-53
• 第4章 并网光伏系统设计53-66
• 4.1 主控系统介绍53-55
• 4.2 硬件电路设计55-61
• 4.2.1 IGBT驱动/隔离电路设计55-59
• 4.2.2 模拟量采样电路设计59
• 4.2.3 串口通信电路设计59-60
• 4.2.4 继电器驱动电路设计60-61
• 4.3 软件系统设计61-62
• 4.3.1 DSP软件设计61
• 4.3.2 FPGA软件设计61-62
• 4.4 系统参数设计62-65
• 4.4.1 功率管IGBT62
• 4.4.2 IGBT吸收电路62-63
• 4.4.3 直流母线电容63-64
• 4.4.4 网侧电抗器64-65
• 4.4.5 网侧预充电电阻与网侧变压器65
• 4.5 小结65-66
• 第5章 并网光伏实验与结果分析66-82
• 5.1 一种低成本的光伏电池模拟设备66-68
• 5.2 实验平台介绍68-70
• 5.3 实验结果与分析70-81
• 5.3.1 SIGNALTAP Ⅱ逻辑分析仪70-71
• 5.3.2 光伏电池侧实验波形与分析71-73
• 5.3.3 电网侧实验波形与分析73-76
• 5.3.4 储能系统实验波形与分析76-78
• 5.3.5 并网光伏整机实验波形与分析78-81
• 5.4 小结81-82
• 结论82-83
• 致谢83-84
• 参考文献84-88
• 攻读硕士学位期间发表的论文88

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