本文關(guān)鍵詞：基于混合儲(chǔ)能的直流微電網(wǎng)電壓控制研究

  更多相關(guān)文章： 直流微電網(wǎng) DC/DC雙向變換器 混合儲(chǔ)能系統(tǒng) 下垂控制 直流母線電壓 自動(dòng)充放電

【摘要】：近年來,隨著能源需求和環(huán)境問題的日益凸顯,以清潔能源為主的分布式發(fā)電得到了廣泛重視,微電網(wǎng)也因此產(chǎn)生。微電網(wǎng)多以交流為主,直流微電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,能量轉(zhuǎn)換少,供電質(zhì)量高,相比交流微電網(wǎng)更有優(yōu)勢,隨著配電系統(tǒng)的發(fā)展,越來越受到人們的重視。由于可再生能源輸出功率的間歇性和隨機(jī)性,儲(chǔ)能系統(tǒng)已經(jīng)成為直流微電網(wǎng)穩(wěn)壓的重要環(huán)節(jié),具有重要的研究意義。鋰電池能量密度大,在儲(chǔ)能設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。為了維持微電網(wǎng)內(nèi)部瞬時(shí)功率平衡,穩(wěn)定直流母線電壓,儲(chǔ)能系統(tǒng)往往需要頻繁地吸收或發(fā)出較大功率,頻繁的大功率充放電會(huì)嚴(yán)重影響鋰電池的使用壽命。超級(jí)電容器因具有功率密度高、循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn),研究鋰電池-超級(jí)電容混合儲(chǔ)能的控制方法,穩(wěn)定直流母線電壓,逐漸引起了國內(nèi)外學(xué)者更多的關(guān)注。本文在分析直流微電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)儲(chǔ)能需求的基礎(chǔ)上,提出一種適合于直流微電網(wǎng)的儲(chǔ)能自動(dòng)充放電穩(wěn)壓控制策略,并通過仿真證明了控制策略的可行性。為優(yōu)化鋰電池的工作過程,采用鋰電池-超級(jí)電容級(jí)器級(jí)聯(lián)的方式構(gòu)成混合儲(chǔ)能系統(tǒng),提出一種基于電壓下垂法的直流微電網(wǎng)混合儲(chǔ)能控制策略。利用超級(jí)電容器電壓不能突變的特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰電池電流的平滑控制,利用對(duì)電壓的分段控制,減少鋰電池充放電次數(shù),延長其使用壽命。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提出的混合儲(chǔ)能控制策略的有效性。具體內(nèi)容如下：首先,介紹了直流微電網(wǎng)的現(xiàn)狀、發(fā)展前景以及遇到的問題,強(qiáng)調(diào)了混合儲(chǔ)能在直流微電網(wǎng)中的重要性,并對(duì)現(xiàn)有混合儲(chǔ)能的架構(gòu)和控制策略進(jìn)行了分析；搭建了基于混合儲(chǔ)能的直流微電網(wǎng)模型,并分析了其運(yùn)行機(jī)制。為了研究母線功率波動(dòng)的原因,對(duì)光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電進(jìn)行建模分析；為了更合理地使用超級(jí)電容器和鋰電池,對(duì)它們的充放電機(jī)理分別進(jìn)行了研究；此外,對(duì)直流微電網(wǎng)中重要的接口電路,Boost變換器、Buck變換器和DC/DC雙向變換器進(jìn)行了研究。其次,在分析直流母線電壓穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上,針對(duì)母線電壓波動(dòng)的特點(diǎn),提出一種新的儲(chǔ)能自動(dòng)充放電穩(wěn)壓控制策略。該控制策略將直流母線電壓進(jìn)行分區(qū)域控制,當(dāng)直流母線電壓穩(wěn)定在規(guī)定范圍時(shí),儲(chǔ)能系統(tǒng)不動(dòng)作,當(dāng)母線電壓不穩(wěn)時(shí),通過下垂控制穩(wěn)定電壓；系統(tǒng)以直流母線電壓信息為判斷依據(jù),自動(dòng)切換工作模式,無需上層控制；工作模式切換時(shí)采用滯環(huán)控制,防止電壓瞬時(shí)震蕩引起工作模式誤切換。再次,為了滿足直流微電網(wǎng)穩(wěn)壓的要求,同時(shí)優(yōu)化鋰電池的工作過程,本文設(shè)計(jì)了一種級(jí)聯(lián)連接的混合儲(chǔ)能結(jié)構(gòu),并提出基于電壓下垂法和自動(dòng)充放電的混合儲(chǔ)能協(xié)調(diào)控制策略。該控制策略根據(jù)直流母線電壓信息,利用超級(jí)電容快速補(bǔ)償母線功率缺額的高頻部分；通過鋰電池對(duì)超級(jí)電容進(jìn)行能量補(bǔ)充,間接補(bǔ)償母線功率缺額的低頻部分；利用超級(jí)電容電壓不能突變的特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰電池電流的平滑控制。控制系統(tǒng)以直流母線電壓、超級(jí)電容電壓及鋰電池荷電狀態(tài)為判斷條件,自動(dòng)切換工作模式。最后,在dSPACE實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上對(duì)混合儲(chǔ)能控制策略進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該控制策略可自動(dòng)調(diào)節(jié)鋰電池和超級(jí)電容出力,維持直流母線電壓在額定值附近小范圍波動(dòng),有效地減小了鋰電池充放電次數(shù),優(yōu)化了鋰電池工作過程。
【關(guān)鍵詞】：直流微電網(wǎng) DC/DC雙向變換器 混合儲(chǔ)能系統(tǒng) 下垂控制 直流母線電壓 自動(dòng)充放電
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM712
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 課題的背景及意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢12-18
• 1.2.1 直流微電網(wǎng)發(fā)展趨勢12-14
• 1.2.2 混合儲(chǔ)能控制技術(shù)研究現(xiàn)狀14-18
• 1.3 本文的主要工作18-19
• 第二章 直流微電網(wǎng)接入單元分析19-35
• 2.1 直流微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)19-20
• 2.2 分布式電源及其數(shù)學(xué)模型20-26
• 2.2.1 風(fēng)力發(fā)電及其輸出模型21-23
• 2.2.2 光伏發(fā)電數(shù)學(xué)模型及控制原理23-26
• 2.3 儲(chǔ)能系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型26-29
• 2.3.1 鋰電池?cái)?shù)學(xué)模型26-28
• 2.3.2 超級(jí)電容器儲(chǔ)能基本原理及模型28-29
• 2.4 直流電壓交換器29-33
• 2.4.1 Boost升壓變換器30
• 2.4.2 Buck降壓變換器30-31
• 2.4.3 DC/DC雙向變換器31-33
• 2.5 本章小結(jié)33-35
• 第三章 直流微電網(wǎng)儲(chǔ)能穩(wěn)壓控制技術(shù)研究35-47
• 3.1 直流微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性35-37
• 3.2 基于電壓下垂法的儲(chǔ)能穩(wěn)壓控制策略37-43
• 3.2.1 電壓下垂穩(wěn)壓原理37-39
• 3.2.2 電壓區(qū)域控制策略39-41
• 3.2.3 充放電工作模式切換41-43
• 3.3 儲(chǔ)能系統(tǒng)自動(dòng)充放電仿真43-46
• 3.3.1 仿真模型及參數(shù)選擇43-44
• 3.3.2 仿真結(jié)果分析44-46
• 3.4 本章小結(jié)46-47
• 第四章 直流微電網(wǎng)混合儲(chǔ)能控制策略47-61
• 4.1 混合儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其基本原理47-50
• 4.1.1 混合儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)47-48
• 4.1.2 混合儲(chǔ)能系統(tǒng)主電路分析48-50
• 4.2 混合儲(chǔ)能聯(lián)合控制策略50-57
• 4.2.1 混合儲(chǔ)能控制框圖50-51
• 4.2.2 控制系統(tǒng)1的控制策略51-53
• 4.2.3 控制系統(tǒng)2的控制策略53-55
• 4.2.4 儲(chǔ)能系統(tǒng)反向充放電55-57
• 4.3 系統(tǒng)工作模式分析57-59
• 4.4 本章小結(jié)59-61
• 第五章 基于DSPACE的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證61-71
• 5.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)介紹與元件參數(shù)選型61-63
• 5.1.1 實(shí)驗(yàn)電路61
• 5.1.2 實(shí)驗(yàn)元件與參數(shù)選型61-63
• 5.2 混合儲(chǔ)能實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)63-66
• 5.2.1 混合儲(chǔ)能實(shí)驗(yàn)硬件結(jié)構(gòu)63-64
• 5.2.2 混合儲(chǔ)能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)64-65
• 5.2.3 實(shí)驗(yàn)條件與實(shí)驗(yàn)方案65-66
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析66-70
• 5.3.1 超級(jí)電容器自動(dòng)充放電67-68
• 5.3.2 鋰電池充電和放電68-69
• 5.3.3 超級(jí)電容器與鋰電池進(jìn)行能量交換69
• 5.3.4 儲(chǔ)能系統(tǒng)小電流充電69-70
• 5.4 本章小結(jié)70-71
• 第六章 總結(jié)與展望71-73
• 6.1 總結(jié)71-72
• 6.2 展望72-73
• 參考文獻(xiàn)73-79
• 致謝79-81
• 作者在攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果81

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1119368