本文關(guān)鍵詞：超級電容儲能系統(tǒng)的數(shù)字仿真模型及其實現(xiàn)方法

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【摘要】：二十一世紀(jì)以來,在能源與環(huán)境的雙重壓力下,分布式發(fā)電技術(shù)得以迅速發(fā)展。然而風(fēng)能、太陽能等新能源的隨機(jī)性,將導(dǎo)致分布式電源的輸出功率具有波動性和間歇性,因此分布式電源并網(wǎng)規(guī)模的日益增大,將對電網(wǎng)的可靠性和電能質(zhì)量造成沖擊。儲能技術(shù)能夠為電網(wǎng)提供瞬時和短時的功率支持,分布式發(fā)電技術(shù)與其相結(jié)合將是減小并網(wǎng)沖擊的關(guān)鍵手段。超級電容作為一種功率型儲能裝置,具有功率密度大、響應(yīng)快等優(yōu)點,隨著其容量的不斷增加,將為分布式電源平滑接入電網(wǎng)提供可能。本文以超級電容為研究對象,基于電力系統(tǒng)仿真計算要求,建立了準(zhǔn)確的超級電容單體仿真模型,并在超級電容儲能系統(tǒng)的應(yīng)用和建模方面展開了系統(tǒng)研究。本文詳細(xì)闡述了超級電容的分類、運行機(jī)理和充放電特性。選取雙電層型超級電容,基于其建模現(xiàn)狀,提出了一種適合于并網(wǎng)仿真的雙電層超級電容模型:并網(wǎng)二階模型。同時給出確定其模型參數(shù)的經(jīng)典方法。在經(jīng)典參數(shù)下,對二階模型進(jìn)行了參數(shù)靈敏度分析。在此基礎(chǔ)上,對容量為16.5F和33F的超級電容實物分別進(jìn)行了恒電流和恒功率充放電實驗,采用所得實驗數(shù)據(jù),選取綜合改進(jìn)的遺傳算法,對二階模型進(jìn)行了參數(shù)辨識,辨識誤差均在5%以下,并定性地分析了模型參數(shù)與超級電容容量間的比例關(guān)系�；趧討B(tài)模擬實驗室30k W的超級電容儲能系統(tǒng)實物研究了儲能系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和運行機(jī)理,儲能系統(tǒng)通過與動模實驗室的大電網(wǎng)相聯(lián),實現(xiàn)了超級電容參與微網(wǎng)不間斷電源(Uninterruptible Power Supply,UPS)供電和機(jī)組調(diào)頻的基本測試。在此基礎(chǔ)上,闡述了雙向DC/DC換流器和雙向DC/AC變流器的控制策略,基于Matlab/Simulink仿真平臺構(gòu)建了超級電容儲能系統(tǒng)詳細(xì)仿真模型,通過仿真實驗驗證了該仿真系統(tǒng)及其控制策略的正確性和有效性。為了研究超級電容儲能系統(tǒng)的動態(tài)特性,將超級電容儲能系統(tǒng)詳細(xì)仿真模型接入電網(wǎng)4節(jié)點仿真系統(tǒng)進(jìn)行暫態(tài)實驗,根據(jù)儲能系統(tǒng)動態(tài)特性,提出了超級電容儲能系統(tǒng)綜合等效模型,并采用遺傳算法進(jìn)行了參數(shù)辨識。通過對仿真系統(tǒng)設(shè)置不同的故障,以及在電力系統(tǒng)仿真軟件PSASP中的聯(lián)合仿真,證明了綜合等效模型具有良好的描述能力、參數(shù)穩(wěn)定性和適用性。
【關(guān)鍵詞】：電力系統(tǒng) 儲能裝置 超級電容 辨識建模 動態(tài)建模 儲能應(yīng)用
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM53
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 第1章 緒論14-27
• 1.1 課題的研究背景及意義14-15
• 1.2 分布式發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀15-21
• 1.2.1 新能源概述及其利用現(xiàn)狀15-16
• 1.2.2 分布式發(fā)電技術(shù)基本概念16-17
• 1.2.3 典型的分布式發(fā)電技術(shù)17-19
• 1.2.4 分布式發(fā)電技術(shù)對電力系統(tǒng)的影響19-21
• 1.3 儲能技術(shù)概述及其在分布式發(fā)電系統(tǒng)中的作用21-23
• 1.3.1 儲能技術(shù)種類及應(yīng)用現(xiàn)狀21-22
• 1.3.2 儲能技術(shù)在分布式發(fā)電系統(tǒng)中的作用22-23
• 1.4 超級電容應(yīng)用現(xiàn)狀及前景23-25
• 1.4.1 超級電容應(yīng)用現(xiàn)狀23-25
• 1.4.2 超級電容應(yīng)用前景25
• 1.5 本文主要工作內(nèi)容25-27
• 第2章 超級電容單體辨識建模及其仿真27-49
• 2.1 超級電容機(jī)理特性27-29
• 2.1.1 超級電容分類27
• 2.1.2 超級電容儲能運行機(jī)理27-28
• 2.1.3 超級電容充放電特性28-29
• 2.2 超級電容并網(wǎng)二階模型的建立及其運行特性29-39
• 2.2.1 超級電容建模現(xiàn)狀29-34
• 2.2.2 超級電容并網(wǎng)二階模型34-35
• 2.2.3 超級電容單體模型經(jīng)典參數(shù)35-36
• 2.2.4 超級電容并網(wǎng)二階模型靈敏度分析36-39
• 2.3 超級電容二階模型實測數(shù)據(jù)參數(shù)辨識39-48
• 2.3.1 超級電容單體數(shù)學(xué)模型39-40
• 2.3.2 超級電容單體模型辨識初始條件40
• 2.3.3 辨識優(yōu)化算法40-41
• 2.3.4 數(shù)學(xué)模型和算法驗證41-43
• 2.3.5 超級電容恒電流工作模式下參數(shù)辨識43-45
• 2.3.6 超級電容恒功率工作模式下參數(shù)辨識45-47
• 2.3.7 超級電容并網(wǎng)二階模型參數(shù)與容量關(guān)系分析47-48
• 2.4 本章小結(jié)48-49
• 第3章 超級電容儲能系統(tǒng)應(yīng)用及其建模49-65
• 3.1 超級電容儲能系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)49-50
• 3.2 30kW超級電容儲能系統(tǒng)實物及其應(yīng)用50-54
• 3.2.1 30kW超級電容儲能系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及功能50-52
• 3.2.2 30kW超級電容儲能系統(tǒng)并網(wǎng)實驗52-54
• 3.3 超級電容儲能系統(tǒng)建模54-64
• 3.3.1 雙向DC/DC功率變換器結(jié)構(gòu)及其控制策略55-56
• 3.3.2 并網(wǎng)雙向變流器DC/AC結(jié)構(gòu)及其控制策略56-58
• 3.3.3 PCS數(shù)學(xué)建模58-61
• 3.3.4 超級電容儲能系統(tǒng)詳細(xì)仿真建模61-62
• 3.3.5 超級電容儲能系統(tǒng)詳細(xì)仿真模型驗證62-64
• 3.4 本章小結(jié)64-65
• 第4章 超級電容儲能系統(tǒng)綜合等效建模及其仿真65-74
• 4.1 建立超級電容儲能系統(tǒng)綜合等效模型的必要性65-66
• 4.2 反映超級電容特性的仿真模型66
• 4.3 超級電容儲能系統(tǒng)等效描述66-73
• 4.3.1 超級電容仿真模型基本假設(shè)67
• 4.3.2 超級電容儲能系統(tǒng)的動態(tài)特性67
• 4.3.3 超級電容儲能系統(tǒng)動態(tài)綜合等效模型67-68
• 4.3.4 辨識方法及初始條件的確定68-69
• 4.3.5 綜合等效模型的檢驗—描述能力69-70
• 4.3.6 綜合等效模型的檢驗—穩(wěn)定性70-71
• 4.3.7 綜合等效模型的檢驗—多類型仿真軟件適用性71-73
• 4.3.8 綜合等效模型的檢驗—合理性及現(xiàn)實意義討論73
• 4.4 本章小節(jié)73-74
• 結(jié)論74-76
• 本文的主要研究內(nèi)容和成果74-75
• 存在的不足與展望75-76
• 參考文獻(xiàn)76-82
• 致謝82-83
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)成果目錄83-84
• 附錄B 攻讀學(xué)位期間參與的科研項目84

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：975160