光伏-混合儲能直流微電網(wǎng)能量管理策略研究.pdf

1、近年來，由于能源危機(jī)與生態(tài)環(huán)境惡化，以光伏為代表的分布式發(fā)電(Distributed generation, DG)受到人們廣泛的關(guān)注。與交流微電網(wǎng)相比，直流微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡單、控制方便，已經(jīng)成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。然而，分布式電源發(fā)電不穩(wěn)定，會嚴(yán)重影響發(fā)電系統(tǒng)的可靠性。為了使系統(tǒng)連續(xù)、穩(wěn)定的供電，需要給光伏系統(tǒng)配備相應(yīng)的儲能系統(tǒng)。由能量型儲能元件蓄電池和功率型儲能元件超級電容器構(gòu)成的混合儲能系統(tǒng)(Hybrid Energy Storage S

2、ystem，HESS），可以優(yōu)勢互補(bǔ)，充分利用二者的優(yōu)點(diǎn)。配以相應(yīng)的能量管理方案和控制策略，可以有效延長系統(tǒng)使用壽命。本文以含混合儲能系統(tǒng)的光伏直流微電網(wǎng)為研究對象，對其運(yùn)行和控制相關(guān)問題進(jìn)行了研究。針對混合儲能系統(tǒng)中蓄電池使用壽命短及超級電容器容量小的缺點(diǎn)，提出了一種混合儲能系統(tǒng)能量管理方案；為合理利用微電網(wǎng)內(nèi)各資源，研究了一種含混合儲能系統(tǒng)的光伏直流微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制策略。
　　首先，介紹了光伏-混合儲能直流微電網(wǎng)的總體結(jié)構(gòu)。建立

3、了光伏電池、蓄電池和超級電容器的數(shù)學(xué)模型，并對其輸出特性做了分析與研究。根據(jù)系統(tǒng)工作要求設(shè)置了光伏發(fā)電系統(tǒng)恒壓控制（CVC）和最大功率跟蹤控制（MPPT）兩種工作模式。其中，MPPT控制選用增量電導(dǎo)法。并研究了雙向DC/DC變換器和雙向DC/AC變換器的結(jié)構(gòu)與工作原理。
　　其次，研究了一種蓄電池與超級電容器構(gòu)成的混合儲能系統(tǒng)的能量管理策略。根據(jù)兩種儲能元件的工作特性，優(yōu)化其充放電的過程，使蓄電池工作電流平滑變化，超級電容器承擔(dān)功

4、率波動的部分，有效延長儲能系統(tǒng)使用壽命。針對超級電容器能量密度小的特點(diǎn)，研究了一種基于超級電容器荷電狀態(tài)（Stage of Charge，SOC）分區(qū)的限值管理策略，在根據(jù)SOC劃分的不同工作區(qū)內(nèi)合理調(diào)整蓄電池與超級電容器各自承擔(dān)功率，有效改善了因超級電容器過充或過放導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作的缺點(diǎn)，維持系統(tǒng)正常運(yùn)行。在Matlab/Simulink中對混合儲能系統(tǒng)能量管理策略的有效性進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。
　　然后，綜合儲能裝置荷電狀態(tài)和系

5、統(tǒng)功率平衡，研究了一種含混合儲能系統(tǒng)的光伏直流微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制策略。在不同的工作狀況下，對直流微電網(wǎng)系統(tǒng)工作模式進(jìn)行合理劃分，同時(shí)確定各個(gè)變換器的工作狀態(tài)，對微電網(wǎng)內(nèi)各個(gè)單元的能量進(jìn)行合理配置。在Matlab/Simulink中對系統(tǒng)各個(gè)工作模式及工作模式切換進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，仿真結(jié)果驗(yàn)證了該策略的有效性。
　　最后，對含混合儲能的光伏直流微電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行了硬件與軟件的設(shè)計(jì)。以DSP2812為控制核心，在實(shí)驗(yàn)室搭建了混合儲能系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺