直流母线式光伏分布式发电系统能量管理研究

【摘要】：随着人类对新能源利用的不断深入，直流母线式光伏分布式发电系统已经成为利用太阳能的一种新型的结构，而整个系统的能量管理策略成为了当前研究的热点。 本文在查阅大量国内外文献的基础上，研究了直流母线式光伏分布式发电系统的结构。对系统所包含的光伏电池单元，储能蓄电池单元，燃料电池单元的结构原理与特性进行了详细介绍。同时对相关的电力电子变换器接口双向直流变换器和三相逆变器进行了分析与仿真研究。此系统容易扩展，控制灵活，系统中多个能源单元以及负载间的协调稳定运行，能源利用率的提高及能量的协调控制至关重要，需要采用有效的能量管理策略对系统进行控制。在了解了直流母线式光伏分布式发电系统中各功能单元特征的基础上，介绍了能量管理的原理，提出了基于功率平衡方程的集中式能量管理策略。并对系统运行过程中的工作模式、模式间的切换及提出的能量管理方案进行了分析与仿真。基于双向变换器在系统中的工作特性，对系统模式切换时等功率控制盲区进行了研究，得出了相应的结论。 在仿真分析后，通过数字实验平台完成了光伏最大功率点跟踪实验和系统独立运行与并网运行的实验。仿真和实验的结果表明了本文提出的能量管理策略及系统控制方案的正确性和有效性。 【关键词】：光伏电池 电力电子变换器 直流母线 分布式发电系统 能量管理
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题背景与研究意义9-10
• 1.2 光伏发电系统研究现状10-13
• 1.2.1 独立光伏发电系统10-11
• 1.2.2 并网光伏发电系统11-13
• 1.3 光伏分布式发电系统能量管理研究现状13-16
• 1.3.1 集中控制法14-15
• 1.3.2 分散控制法15-16
• 1.4 本文的研究内容16-18
• 第2章 直流母线式光伏分布式发电系统的结构18-35
• 2.1 直流母线式光伏分布式发电系统的整体结构18-19
• 2.2 光伏发电单元19-24
• 2.2.1 光伏电池的数学模型19-21
• 2.2.2 基于扰动观察法的 MPPT 仿真研究21-24
• 2.3 蓄电池储能单元24-28
• 2.3.1 铅酸蓄电池的结构原理及端电压特性24-25
• 2.3.2 光伏分布式发电系统对储能铅酸蓄电池的要求25-26
• 2.3.3 储能蓄电池的容量配置26-27
• 2.3.4 双向变换器介绍27-28
• 2.4 燃料电池发电单元28-32
• 2.4.1 燃料电池的原理及数学模型28-30
• 2.4.2 燃料电池的输出特性研究30-32
• 2.5 三相逆变器单元32-34
• 2.6 本章小结34-35
• 第3章 直流母线式光伏分布式发电系统能量管理35-52
• 3.1 能量管理的原理35-36
• 3.2 基于功率平衡方程的集中式能量管理策略研究36-37
• 3.3 系统运行过程中的工作模式37-40
• 3.4 工作模式之间的切换与分析40-44
• 3.4.1 同层不同工作模式之间切换41-42
• 3.4.2 相邻层不同工作模式之间切换42-43
• 3.4.3 隔层不同工作模式之间切换43-44
• 3.5 整体系统能量管理策略的仿真研究44-47
• 3.6 工作模式切换时等功率控制盲区的研究47-50
• 3.7 本章小结50-52
• 第4章 系统硬件电路设计52-63
• 4.1 主电路硬件设计52-58
• 4.1.1 现有光伏电池介绍52
• 4.1.2 蓄电池的选择和容量设计52-53
• 4.1.3 Boost 变换器的设计53-54
• 4.1.4 双向 Buck-Boost 变换器的设计54-56
• 4.1.5 三相电压型逆变器的设计56-58
• 4.2 控制电路硬件设计58-62
• 4.2.1 数字控制芯片 DSP2812 介绍58-59
• 4.2.2 采样元件的选择及调理电路的介绍59-61
• 4.2.3 开关管 IGBT 驱动电路的设计61-62
• 4.3 本章小结62-63
• 第5章 实验与分析63-73
• 5.1 光伏 MPPT 实验63-64
• 5.2 系统独立运行时的实验波形64-68
• 5.2.1 未加入逆变器时各单元波形64-66
• 5.2.2 逆变器交流侧接三相负载时各单元波形66-68
• 5.3 系统并网运行时的实验波形68-72
• 5.3.1 锁相环波形69-70
• 5.3.2 各功能单元的波形70-72
• 5.4 本章小结72-73
• 结论73-74
• 参考文献74-78
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果78-79
• 致谢79-80
• 作者简介80

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