清洁能源发电系统的储能控制技术研究

【摘要】：风能作为一种清洁的可再生能源,已经越来越受到各个国家的重视,但由于风力的间歇性和不稳定性,造成了对负载供电影响以及对电网的污染,在实际中并网存在的困难也难以很好解决,所以建立一个非并网的分布式发电系统,将电能储存在超级电容器和蓄电池中是有效利用电能的一种方式,以开关磁阻发电机为发电电源,发出的电能通过Boost升压斩波电路输入到直流电网给负载供电,以超级电容器和锂电池作为混合储能元件通过双向变换器与直流电网相连,通过控制双向变换器的占空比,实现风力发电系统直流母线与混合储能系统之间的能量流动,当负载需求功率低于风力发电系统发出的功率时,直流母线既给负载供电,又给储能系统充电；当负载需求功率高于风力发电系统发出的功率时,混合储能系统又可以返回电能给直流母线,从而实现了能量在混合储能系统与风力发电系统直流母线之间的相互传递,有效的提高了风力发电系统的稳定性和供电质量。 本文主要分析清洁能源并联储能系统中超级电容器和蓄电池的储能特性,根据它们的物理特性,建立包含受温度、循环次数等环境因素影响的蓄电池非线性数学模型,分析了蓄电池常用的充电控制模式,由于传统先恒流再恒压充电模式的充电时间比较长,采用模糊控制算法进行分段恒流充电控制,可以缩短充电时间,模糊控制经过模糊化、模糊规则、反模糊化三个过程,其中模糊化实现将输入精确量变为模糊量,反迷糊化实现将模糊量变为精确量输出。 当发电电能变化时,通过对双向变换器IGBT的控制,可以实现储能装置的储能和释放能量,首先分析了双向变换器的主电路拓扑结构,根据双向变换器的工作原理,搭建基于超级电容器储能的双向变换器的仿真模型,分别采用PID和模糊PID算法,通过对基于超级电容器储能的双向直流变换器的IGBT占空比的PD控制,完成超级电容器能量存储的控制,改善储能系统储能的动态性能,验证对IGBT开关的控制策略的有效性；搭建了双向变换器的硬件电路,以STC12C5A60S2单片机为核心,编写PID控制流程,完成硬件电路的软件设计程序,实验测试结果验证双向变换器设计的可行性和控制策略有效性。 【关键词】：双向变换器 超级电容器 蓄电池 分布式发电系统 控制模型
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 第1章 绪论9-12
• 1.1 研究背景和意义9-11
• 1.2 国内外研究现状11-12
• 第2章 分布式电源分析12-21
• 2.1 开关磁阻风力发电系统12-16
• 2.1.1 风力机的模型12
• 2.1.2 SRG的原理和结构特性12-14
• 2.1.3 SRG的非线性数学模型14-15
• 2.1.4 开关磁阻发电机的仿真实验结果分析15-16
• 2.2 太阳能发电系统16-17
• 2.3 燃料电池发电系统17-20
• 2.3.1 燃料电池的简介17-18
• 2.3.2 燃料电池的数学模型18-19
• 2.3.3 燃料电池混合动力系统的拓扑结构19-20
• 2.4 小结20-21
• 第3章 储能多源性分析21-29
• 3.1 蓄电池的建模21-26
• 3.1.1 最小二乘法21-22
• 3.1.2 电池的原理和数学模型22-23
• 3.1.3 蓄电池的智能充电研究23-26
• 3.2 超级电容器的简介26-28
• 3.3 小结28-29
• 第4章 分布式储能系统的控制研究29-47
• 4.1 双向变换器的拓扑结构29-33
• 4.1.1 隔离的双向变换器29-30
• 4.1.2 不隔离的双向变换器30-33
• 4.2 分布式储能系统控制分析33-46
• 4.2.1 混合储能的结构框图33
• 4.2.2 超级电容器的能量控制策略研究33-35
• 4.2.3 超级电容器的控制策略35-40
• 4.2.4 仿真实验40
• 4.2.5 采用模糊PID控制的超级电容器转换器40-43
• 4.2.6 基于蓄电池的双向变换器充放电控制研究43-46
• 4.7 小结46-47
• 第5章 功率变换器硬件设计47-53
• 5.1 MOSFET开关的驱动电路47-48
• 5.2 光耦隔离电路的设计48
• 5.3 PCB电路板的设计48-49
• 5.4 主程序的设计49-51
• 5.5 实验结果分析51-52
• 5.6 小结52-53
• 第6章 总结与展望53-55
• 6.1 论文总结53
• 6.2 今后的研究工作内容53-55
• 参考文献55-59
• 致谢59-60
• 发表论文和参加的科研项目60

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