光伏微网系统的储能单元研究

【摘要】：为了满足用户日益增长的电力需求以及促进人类的可持续发展，以可再生能源为主的微网系统的研究已经迅速展开。储能单元作为微网系统中重要组成部分，对微网系统的稳定、安全、可靠地运行起着举足轻重的作用。本文对应用在光伏微网系统中的储能单元展开研究，以保证其能满足光伏微网系统不同的充放电要求。 根据光伏微网系统的能量需求以及交流母线结构特点，选取VRLA蓄电池作为储能单元的储能装置，双向Buck/Boost变换器和全桥变换器共同组成蓄电池充放电控制器以实现能量的双向流动。分析了储能单元离网放电、并网放电以及并网充电三种不同工作模式，并在此基础上，分别建立前级双向Buck/Boost变换器和后级全桥变换器小信号模型，推导出占空比到电感电流的传递函数，为储能单元的电流内环和电压外环的设计提供了理论依据。 结合光伏微网系统的运行特点，制定了储能单元在不同工作模式下的控制策略。在已建立的小信号模型基础上,分别设计了前后两级变换器在不同控制策略下的电流内环和电压外环。在MATLAB/Simulink环境下搭建储能单元的仿真模型，仿真结果验证了控制策略的有效性。 对储能单元的软件和硬件进行设计，并搭建了以STM32F103VBT6为主控芯片的硬件实验平台。实验结果验证了不同工作模式下控制策略的正确性，并表明储能单元可以实现三种不同的充放电功能。 【关键词】：储能单元 微网 VRLA蓄电池 双向变换器 小信号模型
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615;TM912
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题背景及研究意义9-10
• 1.2 储能单元在微网中的作用10-11
• 1.3 储能技术研究现状11-12
• 1.4 双向 DC/DC 变换器研究现状12-14
• 1.4.1 非隔离型双向 DC/DC 变换器12-13
• 1.4.2 隔离型双向 DC/DC 变换器13-14
• 1.5 微网中储能单元的控制策略14-15
• 1.6 本文主要研究内容15-17
• 第2章 储能单元结构设计17-33
• 2.1 光伏微网系统结构17-18
• 2.2 VRLA 蓄电池18-24
• 2.2.1 VRLA 蓄电池的结构及工作原理18-19
• 2.2.2 VRLA 蓄电池的主要参数19-21
• 2.2.3 VRLA 蓄电池充放电特性21-24
• 2.3 储能单元拓扑结构及数学建模24-32
• 2.3.1 储能单元的拓扑结构24-25
• 2.3.2 储能单元的工作模式25-26
• 2.3.3 双向 Buck/Boost 变换器建模26-28
• 2.3.4 全桥变换器建模28-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第3章 储能单元充放电控制策略33-45
• 3.1 微网系统的控制策略33-34
• 3.2 储能单元的控制策略34-44
• 3.2.1 电流环组成35-37
• 3.2.2 双向 Buck/Boost 变换器电流电压环设计37-39
• 3.2.3 全桥变换器电流电压环设计39-42
• 3.2.4 不同工作模式下的仿真结果42-44
• 3.3 本章小结44-45
• 第4章 储能单元硬件及软件设计45-56
• 4.1 整体方案45
• 4.2 硬件设计45-52
• 4.2.1 主电路参数设计46-48
• 4.2.2 开关管的选取及驱动电路48-49
• 4.2.3 采样电路设计49-51
• 4.2.4 过流保护电路设计51-52
• 4.3 软件设计52-55
• 4.3.1 控制器的资源配置52
• 4.3.2 程序总体设计52-53
• 4.3.3 采样中断程序53-54
• 4.3.4 捕捉中断程序54
• 4.3.5 定时器比较中断程序54-55
• 4.3.6 保护中断程序55
• 4.4 本章小结55-56
• 第5章 实验平台搭建及结果分析56-61
• 5.1 设计指标56
• 5.2 实验平台搭建56-57
• 5.3 实验结果分析57-60
• 5.3.1 离网放电模式57-58
• 5.3.2 并网放电模式58-59
• 5.3.3 并网充电模式59-60
• 5.4 本章小结60-61
• 结论61-62
• 参考文献62-67
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文67-69
• 致谢69

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