基于光伏发电的混合储能系统研究

【摘要】：随着社会进步与经济发展,现有能源结构已经无法满足人类需求,需要借助新能源缓解能源危机。光伏能源以其清洁环保,能量巨大等优点备受瞩目,成为全球各国争先研究的重点对象。然而,单一光伏发电方式在天气状况不理想的情况下,可能无法满足用户端正常需求。此时,加入储能系统即可保证能量正常输出,不再受日照强度、时间长短等外部环境因素的影响。本文首先介绍光伏发电系统主要组成,分别给出光伏电池、铅酸蓄电池以及超级电容器基本工作原理与相应数学模型,重点分析光伏电池P-U特性与I-U特性,对混合储能系统元件各自充放电特性进行仿真分析。系统采用基于光伏发电的蓄电池-超级电容器混合储能结构,利用高功率密度的超级电容器提供系统冲击功率部分,在降低冲击功率对蓄电池寿命的影响的同时,减少混合储能系统蓄电池容量配置。其次,构建整个混合储能系统,并根据混合储能系统10种基本工作状态以及负载需求,使单向DC/DC变换器与双向DC/DC变换器在不同工作状态之间灵活切换。针对不同功率变换器的不同工作模式,采用不同的控制方法。单向DC/DC变换器在最大功率点跟踪(MPPT)工作模式与恒压工作模式下分别采用电导增量法与PID补偿控制法;双向DC/DC变换器在Buck与Boost工作模式下采用双向电压-电流环控制策略。综合光伏电池、蓄电池以及超级电容器充放电特性,给出一种混合储能系统能量控制策略,确保能量在系统中合理有效的流动。最后,给出变换器参数设计,在Matlab/simulink环境下搭建系统模型进行仿真分析,验证工作状态与控制策略正确性。结果表明,不同工作状态之间的切换与混合储能元件之间的配合完全符合要求,除此,通过系统应对阻性负载与阻感负载的对比,证明该系统的可行性与必要性。 【关键词】：光伏发电 蓄电池 超级电容器 混合储能 能量管理
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 光伏发电研究现状10-11
• 1.3 混合储能系统研究现状11-13
• 1.3.1 储能技术研究现状11-12
• 1.3.2 混合储能研究现状12-13
• 1.4 课题主要研究工作13-14
• 第2章 独立光伏系统的主要组成及特性分析14-27
• 2.1 系统的主要组成14
• 2.2 光伏电池特性14-18
• 2.2.1 工作过程14
• 2.2.2 等效电路分析14-15
• 2.2.3 工程用数学模型与分析15-18
• 2.3 蓄电池模型及特点18-22
• 2.3.1 基本工作原理18
• 2.3.2 等效电路模型18-21
• 2.3.3 特性分析21-22
• 2.4 超级电容器的模型及特点22-26
• 2.4.1 基本工作原理22-23
• 2.4.2 等效电路模型23-24
• 2.4.3 特性分析24-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第3章 混合储能系统控制策略27-47
• 3.1 混合储能系统构建27-28
• 3.2 混合储能系统工作状态28-31
• 3.3 单向DC/DC变换器控制策略31-34
• 3.3.1 MPPT工作状态31-32
• 3.3.2 恒压工作状态32-34
• 3.4 双向DC/DC变换器控制策略34-44
• 3.4.1 双向DC/DC变换器Buck工作状态35-41
• 3.4.2 双向DC/DC变换器Boost工作状态41-44
• 3.5 混合系统能量控制策略44-46
• 3.6 本章小结46-47
• 第4章 独立光伏混合储能系统仿真与分析47-56
• 4.1 变换器参数选择47-49
• 4.1.1 开关管选择47-48
• 4.1.2 电容选择48-49
• 4.1.3 电感选择49
• 4.2 系统仿真验证49-55
• 4.2.1 阻性负载工作状态49-54
• 4.2.2 阻感负载工作状态54-55
• 4.3 本章小结55-56
• 第5章 结论与展望56-58
• 5.1 结论56
• 5.2 展望56-58
• 参考文献58-61
• 在学研究成果61-62
• 致谢62

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