储能型光伏发电系统能量控制策略研究

论文摘要

随着光伏产业的迅猛发展,光伏发电已经成为一种较为成熟、可靠的技术,并逐渐从过去的独立系统,朝大规模并网方向发展。但是光伏发电系统输出功率易受外部环境的影响,存在诸多不确定因素。因此,储能型光伏并网系统作为一种灵活、稳定的小型分布式发电系统,必将成为今后光伏产业研究与应用的重点。本文采用蓄电池储能单元作为光伏发电系统的能量缓冲装置,用以控制光伏发电功率输出。系统以实现具有智能控制和保护功能的储能型光伏发电并网系统为目标,在总结和分析前人所做工作的基础上,着重于直流侧能量输出控制分析及相关系统设计与研制。文中首先建立了基于等效电路的电池储能光伏发电系统整体动态数学模型,设计相应的控制策略,对系统的输出功率进行控制,实现系统输出的电能质量和工作稳定性仿真研究。在理论分析的基础上,本文进一步对系统进行软硬件设计,来验证方案的可行性。文中以TMS320F2812控制芯片为核心,设计了一套模块化的储能型光伏发电系统,整个系统可分为光伏系统模块、储能系统模块以及系统管理模块。在硬件模块化的基础上,设计一套能量管理系统,增强模块之间的兼容性；在软件设计中,利用DSP编程代替部分硬件电路设计,提高系统的可移植性。文中提出了一种基于蓄电池的光伏系统MPPT控制策略,针对Boost电路占空比进行变步长扰动观测,该算法结构简明,计算量小,满足系统控制要求；搭建一套蓄电池充放电电路,优化蓄电池能量流动过程,并加入相关保护电路,延长蓄电池使用寿命,保证系统可靠运行。仿真与实验结果均表明所设计的并网系统灵活性强,能够有效的实现系统功率可控稳定输出。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 太阳能光伏发电
• 1.1.1 利用太阳能的必然性
• 1.1.2 光伏发电的优点及存在的问题
• 1.2 光伏发电及其电池储能系统
• 1.2.1 系统构成
• 1.2.2 系统工作方式
• 1.3 本文所做的研究工作
• 第2章 储能型光伏发电系统特性
• 2.1 光伏发电系统特性
• 2.1.1 光伏电池及其分类
• 2.1.2 光伏电池工作特性分析
• 2.1.3 光伏电池最大功率特性分析
• 2.1.4 PV-BESS系统的能流模型
• 2.2 蓄电池储能系统特性
• 2.2.1 蓄电池工作特性
• 2.2.2 蓄电池仿真模型的建立
• 2.2.3 蓄电池容量匹配选择
• 第3章 储能型光伏发电系统控制策略
• 3.1 系统工作原理及拓扑结构
• 3.2 DC/DC电路设计
• 3.2.1 光伏电池升压电路设计分析
• 3.2.2 蓄电池充电电路设计分析
• 3.2.3 蓄电池升压电路设计分析
• 3.2.4 DC/DC电路主要参数选择
• 3.3 光伏发电系统控制原理
• 3.3.1 系统中MPPT的实现原理
• 3.3.2 系统MPPT控制方法
• 3.4 蓄电池储能系统控制原理
• 3.4.1 蓄电池放电控制分析
• 3.4.2 蓄电池充电控制分析
• 第4章 储能型光伏发电系统控制器设计
• 4.1 控制器硬件设计
• 4.1.1 CPU控制电路设计
• 4.1.2 信号采集电路设计
• 4.1.3 驱动电路设计
• 4.1.4 蓄电池温度检测
• 4.1.5 复位电路设计
• 4.2 控制器软件设计
• 4.2.1 主程序流程图
• 4.2.2 A/D转换模块
• 4.2.3 数字PI调节器设计
• 4.2.4 交错PWM信号的软件产生
• 第5章 系统仿真与实验分析
• 5.1 系统仿真结果分析
• 5.2 系统实验结果分析
• 5.2.1 实验平台搭建
• 5.2.2 光伏电池输出特性测试
• 5.2.3 交错并联Boost变换电路性能测试
• 5.2.4 光照变化时系统动态响应测试
• 5.2.5 MPPT电路运行测试
• 5.3 本章小结
• 结论
• 1.全文总结
• 2.不足与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间发表的学术论文目录