含蓄电池储能的光伏发电系统研究

近年来,光伏发电已成为一种重要的分布式发电形式。然而,光伏发电受光强和温度等环境因素的影响较大,输出功率存在较强的间歇性和波动性,这给光伏发电的大规模推广应用带来了不利影响。配备储能的光伏发电系统具备较强的可控性和主动性,不仅可以更好地渗透到大电网中,还能有效实现需求侧管理,满足多样化用电需求。光伏与储能的结合利用是光伏发电领域的一项重要课题。本文以含蓄电池储能的光伏发电系统为研究对象,研究工作主要如下:首先,研究了平抑光伏并网发电功率波动的储能配置方法。从时域和频域两种角度对光伏出力的波动性做了定量评估,论述了储能设备的容量和功率配置原理。给出了基于低通滤波法和滑动平均法的储能配置方法,并利用实际算例对两种方法进行了验证和对比。另外,总结了功率平抑对储能系统的特殊要求,对比了三种典型储能设备的技术性能和经济性能,分析了影响储能成本的因素,可以为光伏电站的储能配置提供参考。其次,论述了系统的拓扑结构,并依次阐述了光伏接口变换器、储能接口变换器和交流侧接口变换器的工作原理及数学模型。分析了各接口变换器具有的工作模式,并为每种模式设计了相应的控制策略。文中还搭建了仿真平台和实验平台,验证了所述控制策略的可行性和正确性,为后续章节的研究奠定了基础。:再次,研究了系统整体的运行控制方法。通过对能流模态划分归类,可知系统有三种运行模式,即并网发电模式、并网充电模式和离网运行模式。从维持系统稳定性和提高能量利用效率的角度,设定了能量利用优先级以及每种运行模式的控制目标。利用分散控制法的控制思想,给出了一种基于直流母线电压信号的系统运行控制方法,并依此设计了光伏发电单元的功率输出控制策略、储能单元的下垂与反下垂控制策略,进而给出了各运行模式的一体化控制技术方案。仿真结果表明所述方法可以实现系统的高效自主运行以及能量的合理流动,达到了预期控制目标。最后,介绍了本文用到的实验平台。论述了实验平台的硬件结构和参数,给出了主要电路的原理图;设计了人机交互系统,阐述了采样程序和同步锁相程序的设计方法;给出了实验样机的实物图和实验用到的仪器设备列表。