光伏储能系统控制策略及能量管理的研究

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随着化石能源的日益枯竭和环境的不断恶化,以光伏为代表的新能源发电受到广泛关注。由于光伏发电的多元性以及受环境变化影响的随机性,整个系统的控制及其能量管理策略成为了当下的研究热点。本文在分析了光伏发电产业及相关技术现状的基础上,研究了由光伏电池、蓄电池、本地负载以及电网组成的分布式光伏储能系统的控制及能量管理策略。  本文选择共直流母线式光伏储能系统作为研究对象,该结构扩展性强、稳定性高,能更好地利用太阳能。首先,对系统中光伏发电单元与储能单元的数学模型和输出特性进行了分析,同时对相应的功率转换单元:光伏接口变换电路、双向DC-DC变换电路的工作原理进行研究并设计相应参数。在此基础上设计了各单元的控制策略,包括光伏单元MPPT控制、恒压控制以及蓄电池的充放电控制。提出了一种改进的变步长扰动观察法来实现光伏单元最大功率点跟踪,通过与传统控制方法仿真对比验证了改进算法的优异性。  然后,对三相并网逆变器的数学模型进行了分析,通过dq坐标变换将其转换到两相旋转坐标系下,简化了控制策略的设计。针对系统既能并网运行又能独立运行的工作特性,分别采用相应的控制策略。并网运行时采用稳压控制或PQ控制,用以维持直流侧母线电压稳定或逆变器输出功率恒定;电网出现故障独立运行时采用 V/F控制策略,保证交流侧输出电压幅值和频率满足负载需求。仿真结果验证了所采用的控制策略能够使系统在不同控制目标下稳定运行,不受光伏和负载功率波动的影响。  最后,对光伏储能系统的能量管理策略进行了研究,设计了一种基于直流母线电压阈值的协调管理策略。根据不同的电压阈值将系统分为四种工作模式,详细分析了不同模式下各单元的控制方法以及系统的能量流转,同时给出了各个变换器在系统运行模式变化时的切换策略。在MATLAB/Simulink中搭建了系统的仿真模型,仿真结果验证了能量管理策略的可行性。
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