光伏微网系统中蓄电池充放电控制技术研究

【摘要】：随着环境污染和资源短缺问题的日趋严重，可再生能源的发展特别是光伏发电备受人们的关注。光伏微网发电系统可工作在独立模式或并网模式并具有自我调节和均衡的能力,能提高太阳能从发电到用电的效率，并对电网的扰动大大减小。光伏微网发电系统主要包括太阳能电池板、微网系统控制器、储能设备、负载及公共电网。 储能设备是光伏微网发电系统不可缺少的部件之一。铅酸蓄电池因具有较好的性价比而广泛应用于光伏发电系统中，然而光伏能量变化的随机性使得铅酸蓄电池在光伏系统中的使用寿命周期比其他场合要短。为延长蓄电池寿命，寻求合理的充放电控制技术是必要的。本论文的工作是基于分析独立型光伏系统中蓄电池充放电控制技术，对其进行改进以应用于光伏微网系统中。主要工作如下： 第一，通过分析光伏微网系统结构并利用电网故障时重要负载的功率确定蓄电池容量。然后基于分析和对比光伏系统中常用铅酸蓄电池模型的优缺点，对动态电压模型进行改进。 第二，针对电流递减充电方法中衰减系数的取值不当会导致蓄电池欠充或过充的问题，本文提出基于蓄电池SOC（State Of Charge）电流递减充电法。该方法通过马斯定律确定充电电流衰减系数，并采用修正的安时法实时估算蓄电池SOC来确定其充电倍率，最后利用最高充电电压来终止充电。蓄电池放电依据市电正常与否，采取维持不同直流母线电压的方法。 第三，通过分析双向DC/DC变换器的状态空间平均模型得到关于控制对象的传递函数，并采用电压电流双环控制来实现蓄电池的充放电方法。同时在MATLAB/SIMUlink中分别搭建光伏阵列输出能量充足时蓄电池充电模型和市电故障情况下蓄电池放电模型来验证充放电方法的可行性。 第四，设计蓄电池充放电系统的部分硬件电路和软件流程图。该系统可实现蓄电池充放电模式间切换、不同充放电方法的选择及蓄电池SOC估算等功能。 本文所做的工作，对于研究智能电网的工作人员具有一定的参考价值。 【关键词】：光伏微网 蓄电池模型 蓄电池SOC 基于蓄电池SOC电流递减充电法 充放电控制
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 第1章 引言9-16
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 光伏微网发展现状10-11
• 1.3 光伏系统中蓄电池充放电控制技术研究现状11-14
• 1.4 光伏微网系统中蓄电池充放电技术难点14
• 1.5 论文的主要工作14-16
• 第2章 蓄电池的选型及模型16-29
• 2.1 光伏微网系统的结构16-17
• 2.2 蓄电池选型17-18
• 2.3 铅酸蓄电池特性18-21
• 2.3.1 阀控式铅酸蓄电池工作原理18-19
• 2.3.2 影响铅酸蓄电池寿命的因素19-20
• 2.3.3 铅酸蓄电池参数与特性曲线20-21
• 2.4 蓄电池模型21-28
• 2.4.1 常用铅酸蓄电池模型21-25
• 2.4.2 改进的动态电压模型25-26
• 2.4.3 改进的动态电压模型参数辨识26-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 基于 SOC 蓄电池充放电控制29-43
• 3.1 传统充放电方法29-31
• 3.2 基于蓄电池 SOC 电流递减充电法31-38
• 3.2.1 衰减系数β的确定31-33
• 3.2.2 蓄电池 SOC 的估算33-34
• 3.2.3 基于蓄电池 SOC 电流递减充电法34-35
• 3.2.4 基于蓄电池 SOC 电流递减充电法的实现35-38
• 3.3 维持母线电压放电方法及实现38-41
• 3.4 蓄电池充放电控制策略41-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第4章 蓄电池充放电控制方法仿真43-51
• 4.1 蓄电池充放电仿真模型搭建43-46
• 4.1.1 光伏阵列仿真模型43-45
• 4.1.2 蓄电池仿真模型45-46
• 4.2 蓄电池充放电控制方法仿真与分析46-50
• 4.3 本章小结50-51
• 第5章 光伏微网系统中蓄电池充放电控制系统实现51-61
• 5.1 系统总体功能设计51
• 5.2 系统硬件设计51-58
• 5.2.1 系统硬件设计总体思路51-52
• 5.2.2 蓄电池充放电主电路设计52-54
• 5.2.3 MCU 选型54-55
• 5.2.4 驱动电路设计55-56
• 5.2.5 采样电路设计56-58
• 5.3 系统软件设计58-60
• 5.3.1 系统软件总体设计思路58-59
• 5.3.2 充电程序设计59-60
• 5.3.3 放电程序设计60
• 5.4 本章小结60-61
• 第6章 总结与展望61-62
• 参考文献62-65
• 致谢65-66
• 附录66

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