分布式光伏发电并网系统混合储能容量配置研究

【摘要】：分布式光伏发电并网系统的输出功率由于受到太阳辐射强度、温度、云层遮蔽等因素的影响而具有间歇性及随机性，本文以光伏电池阵列输出功率为3.5kW的户用型分布式光伏发电并网系统为研究对象，以减小光伏并网系统入网功率的波动性与间歇性为目标，对其进行混合储能系统的容量配置。 论文首先阐述了课题研究的背景及意义，介绍了国内外分布式发电并网及光伏发电系统优化配置的相关研究。然后，对分布式光伏发电并网系统的拓扑结构进行了分析，建立了光伏电池的工程用数学模型，在此模型的基础上基于太阳辐射数据和历史温度数据对一年中光伏电池阵列的输出功率进行了计算；从充放电功率与荷电状态的关系出发，建立了混合储能系统的数学模型；通过上海市统计年鉴的统计数据对分布式光伏并网发电系统的全年负荷用电数据进行了仿真计算。 接着，提出了混合储能系统的分级控制策略，从系统级和装置级对混合储能系统进行递进式控制。系统级控制策略根据光伏并网系统入网功率的控制目标生成混合储能系统的充放电功率指令值，装置级控制策略根据系统级生成的混合储能系统的充放电功率指令值生成蓄电池及超级电容的充放电功率指令值。 针对系统级控制策略，本文对常见的功率平滑控制策略进行了分析和比较，并选定了一阶滤波法作为本文的控制策略。考虑到实际运行中超级电容和蓄电池的最大充放电功率和最大容量都是一定的，本文加入充放电功率和荷电状态的约束条件对一阶滤波法进行了改进，提出了一种考虑到功率和容量的混合储能系统控制策略，对光伏并网系统运行过程的仿真计算即是基于该改进后的控制策略。 本文将混合储能系统的容量配置过程分为两步进行，首先在以小时为步长的数据的基础上对光伏发电并网系统的全年运行情况进行仿真，计算得到不同的混合储能容量配置方案下评价指标的值，比较后得到最佳的蓄电池的容量配置，然后在光伏发电系统的步长更小的光伏系统历史发电功率数据的基础上对超级电容的容量进行配置，通过算例计算验证了该配置方法以及改进后的混合储能系统控制策略的有效性和可行性。 本文的创新点在于：1)在一阶滤波法的基础上，考虑到混合储能系统的充放电功率和容量约束，提出了改进的控制策略；2)提出了执行失误率作为混合储能系统容量配置方案的评价指标，直观体现了容量配置方案与控制策略的配合度，在储能系统选用不同的控制策略时具有一定的通用性；3)提出了两步式的混合储能系统容量配置方法，将铅酸蓄电池与超级电容的容量配置过程分为两步进行，降低了计算的复杂程度和计算量，并通过实际算例计算验证了其可行性和有效性。 【关键词】：分布式光伏发电 混合储能 容量配置 控制策略 分级控制
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-14
• 第一章 绪论14-20
• 1.1 课题研究背景及其意义14-16
• 1.2 分布式发电并网的主要研究方向16-17
• 1.3 国内外光伏发电系统优化配置研究现状17-19
• 1.4 本文主要工作19-20
• 第二章 基于混合储能的分布式光伏发电并网系统20-34
• 2.1 分布式光伏发电并网系统拓扑结构20-21
• 2.2 光伏电池及其特性21-29
• 2.2.1 光伏电池的等效电路21-24
• 2.2.2 光伏电池的特性24-26
• 2.2.3 光伏电池输出功率的计算26-29
• 2.3 混合储能系统的建模29-31
• 2.3.1 储能技术介绍29
• 2.3.2 混合储能系统的模型29-31
• 2.4 分布式光伏发电并网系统的负荷计算31-32
• 2.5 本章小结32-34
• 第三章 混合储能系统的控制策略34-52
• 3.1 混合储能系统的分级控制34-35
• 3.2 系统级控制策略35-38
• 3.2.1 以平滑入网功率为目标的控制策略35-36
• 3.2.2 以获得指定输出为目标的控制策略36-38
• 3.3 评价指标38-39
• 3.3.1 入网功率的平滑度38
• 3.3.2 混合储能系统的最大充放电功率38
• 3.3.3 混合储能系统的最大容量38-39
• 3.4 算例分析39-51
• 3.4.1 以平滑入网功率为目标的控制策略算例计算与分析39-45
• 3.4.2 以获得指定输出为目标的控制策略算例计算与分析45-48
• 3.4.3 各种控制策略的比较48-50
• 3.4.4 装置级控制的算例计算与分析50-51
• 3.5 本章小结51-52
• 第四章 混合储能系统的容量配置52-74
• 4.1 混合储能系统配置方案的评价指标52-55
• 4.1.1 执行偏差率52-53
• 4.1.2 光伏并网系统年度总收益53-55
• 4.2 考虑到功率和容量约束的混合储能系统控制策略55-60
• 4.3 混合储能系统容量配置60-64
• 4.3.1 蓄电池的容量配置60-63
• 4.3.2 超级电容的容量配置63-64
• 4.4 算例分析64-72
• 4.5 本章小结72-74
• 第五章 结论和展望74-76
• 5.1 结论74-75
• 5.2 展望75-76
• 参考文献76-78
• 致谢78-79
• 攻读学位期间发表的学术论文目录及成果79

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