本文關(guān)鍵詞：超級電容與蓄電池混合儲能系統(tǒng)的能量管理與控制研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：由于化石燃料的日益短缺以及其所造成的環(huán)境污染的日益嚴重,人們越來越重視對新能源的開發(fā)和利用。然而,不少可再生能源發(fā)電技術(shù)受環(huán)境限制,其發(fā)出的功率會對外呈現(xiàn)出隨機性和波動性,使其接入中低壓配電網(wǎng)時影響交流側(cè)的功率平衡、供電可靠性以及電能質(zhì)量。由高能量密度的蓄電池和高功率密度的超級電容構(gòu)成的混合儲能系統(tǒng)因其技術(shù)上和經(jīng)濟上的優(yōu)勢,被廣泛認為是解決可再生能源發(fā)電功率波動的有效辦法。本文所研究的重點即是由二者組成的混合儲能系統(tǒng)的長時能量管理及其短時功率協(xié)調(diào)控制。本文首先介紹了兩種儲能元件各自的等效電路,隨后設(shè)計確定蓄電池和超級電容儲能系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu),即采用交流母線接入的方式將混合儲能系統(tǒng)與可再生能源發(fā)電系統(tǒng)連接起來。其次,確定了混合儲能系統(tǒng)的具體電路拓撲,并對其進行了建模與控制的研究。為了便于后續(xù)的能量管理,本文采用功率給定的方式控制儲能元件的充放電,對于后級的三相PWM變流器采用直流母線電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制來實現(xiàn)直流側(cè)和交流側(cè)能量的轉(zhuǎn)移。隨后,在Matlab/Simulink中搭建了混合儲能系統(tǒng)的電路拓撲并進行了仿真分析,仿真結(jié)果驗證了該控制方法的正確性,為后續(xù)的能量管理奠定了基礎(chǔ)。為優(yōu)化蓄電池的運行狀態(tài),本文在利用傳統(tǒng)低通濾波法對波動功率進行分配的基礎(chǔ)上,設(shè)計了根據(jù)超級電容荷電狀態(tài)來調(diào)整低通濾波器時間常數(shù)進而對功率進行再分配的能量管理策略。此外,針對傳統(tǒng)能量管理辦法中蓄電池和超級電容的過充和過放問題進行了分析,提出了蓄電池和超級電容間的過充過放協(xié)調(diào)控制方法,該方法在避免了儲能裝置過充過放的同時提升了混合儲能系統(tǒng)對可再生能源發(fā)電波動功率的補償率。并通過在MATLAB中的仿真分析證明,該能量管理策略的確可以改善混合儲能系統(tǒng)對可再生能源功率波動的平抑效果,同時大幅減少蓄電池累計充放電能量,進而證明了該方法對于蓄電池運行狀態(tài)的改進和壽命延長方面的有效性。最后,本文搭建了混合儲能系統(tǒng)充放電實驗平臺,采用DSP28335作為控制芯片對兩種儲能元件充放電進行控制,并且對混合儲能系統(tǒng)進行了能量管理實驗,實驗結(jié)果初步證明了該能量管理策略的正確性。
【關(guān)鍵詞】：混合儲能系統(tǒng) 功率波動平抑 能量管理 過充過放協(xié)調(diào)控制
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM53;TM912
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 課題研究背景及理論意義10-11
• 1.2 儲能技術(shù)研究發(fā)展現(xiàn)狀11-13
• 1.3 混合儲能技術(shù)研究現(xiàn)狀13-16
• 1.3.1 國外研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀15-16
• 1.4 本文研究內(nèi)容16-18
• 第2章 儲能元件電路模型及混合儲能系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)18-29
• 2.0 引言18
• 2.1 蓄電池電路模型及參數(shù)計算18-20
• 2.1.1 蓄電池等效電路模型18-19
• 2.1.2 蓄電池通用電路模型參數(shù)計算方法19-20
• 2.2 超級電容電路等效模型20-21
• 2.3 混合儲能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析21-23
• 2.3.1 無源式混合儲能系統(tǒng)21-22
• 2.3.2 有源式混合儲能系統(tǒng)22-23
• 2.4 分布式發(fā)電混合儲能并網(wǎng)系統(tǒng)接入方式23-24
• 2.5 混合儲能系統(tǒng)電路拓撲及其工作原理24-28
• 2.5.1 雙向DC/DC變換器工作原理25-26
• 2.5.2 三相電壓型PWM變流器工作原理26-28
• 2.6 本章小結(jié)28-29
• 第3章 混合儲能系統(tǒng)電路建模及其控制系統(tǒng)設(shè)計29-44
• 3.1 引言29
• 3.2 雙向DC/DC變換器建模及控制器設(shè)計29-31
• 3.2.1 雙向DC/DC變換器數(shù)學(xué)模型29-30
• 3.2.2 雙向DC/DC變換器控制器設(shè)計30-31
• 3.3 三相電壓型PWM變換器建模及其控制器設(shè)計31-37
• 3.3.1 三相電壓型PWM變換器建模31-34
• 3.3.2 三相PWM變換器的控制34-37
• 3.4 混合儲能系統(tǒng)主電路拓撲參數(shù)設(shè)計37-39
• 3.4.1 雙向DC/DC側(cè)電感電容選取38
• 3.4.2 三相PWM電壓型變換器側(cè)LC濾波器參數(shù)的計算38-39
• 3.5 混合儲能系統(tǒng)的仿真分析39-43
• 3.5.1 混合儲能系統(tǒng)主電路仿真模型及控制電路模型40-41
• 3.5.2 蓄電池和超級電容充放電仿真分析41-43
• 3.6 本章小結(jié)43-44
• 第4章 混合儲能系統(tǒng)能量管理與其仿真分析44-59
• 4.1 引言44
• 4.2 基于超級電容荷電狀態(tài)的能量管理策略44-46
• 4.2.1 混合儲能系統(tǒng)功率初次分配44
• 4.2.2 基于超級電容SOC的功率再分配控制方法44-46
• 4.3 過充過放協(xié)調(diào)控制策略46-51
• 4.3.1 過充過放保護策略46-48
• 4.3.2 蓄電池與超級電容協(xié)調(diào)控制策略48-51
• 4.4 最大功率限值策略51-52
• 4.5 混合儲能系統(tǒng)能量管理策略的仿真及分析52-58
• 4.5.1 混合儲能系統(tǒng)能量管理策略仿真52-56
• 4.5.2 混合儲能系統(tǒng)能量管理策略有效性分析56-58
• 4.6 本章小結(jié)58-59
• 第5章 混合儲能系統(tǒng)充放電實驗及結(jié)果分析59-69
• 5.1 引言59
• 5.2 硬件系統(tǒng)設(shè)計59-62
• 5.2.1 開關(guān)器件的選擇60
• 5.2.2 輔助電路的設(shè)計60-62
• 5.3 軟件系統(tǒng)設(shè)計62-65
• 5.3.0 系統(tǒng)流程62-63
• 5.3.1 ePWM波形產(chǎn)生模塊63
• 5.3.2 PI控制子程序63-64
• 5.3.3 IIR離散濾波器設(shè)計64
• 5.3.4 能量管理策略的實現(xiàn)64-65
• 5.4 實驗平臺搭建及調(diào)試65-68
• 5.4.1 蓄電池與超級電容充放電實驗66
• 5.4.2 混合儲能系統(tǒng)能量管理實驗66-68
• 5.4.3 實驗結(jié)果分析68
• 5.5 本章小結(jié)68-69
• 結(jié)論69-70
• 參考文獻70-75
• 致謝75

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本文編號：256169