光伏发电储能系统容量配置优化及运行研究

随着雾霾、污染等环境问题的日益显现,太阳能光伏发电等新型可再生能源发电技术被人们越来越多的使用。但光伏发电随环境变化具有随机性和间歇性,使得光伏发电系统存在电能质量和对电网冲击大等影响电网安全稳定运行的问题。储能技术是解决这类问题的有效措施之一。目前,适用于新能源发电系统的储能电池种类繁杂,在基于考虑环境友好的基础上,本文将采用蓄电池和超级电容组成的混合储能系统,针对光伏混合储能容量配置、协调控制策略及并网控制策略进行研究。首先,建立了光伏阵列数学模型,并根据数学模型进行了光伏输出特性的仿真验证;介绍了光伏电池最大功率跟踪的结构及算法,在MATLAB/SIMULINK平台搭建模型,验证所提出的扰动观察法的有效性。在充分考虑各储能单元优劣势的基础上,提出蓄电池-超级电容器的混合储能模型,并建立了超级电容器和蓄电池的数学模型及功率模型。其次,为了更为合理的配置混合储能容量,根据某地区的光伏发电量与负荷用电量,提出基于能量约束和功率约束的混合储能容量优化配置方法。通过采用两种基于改进粒子群的优化算法(权重线性递减的粒子群、基于人群搜索的粒子群)得到容量配置,并比较分析两种优化算法。最后,通过对几种混合储能系统结构的分析比较,选择各储能单元经可靠性较高的双向DC/DC变流器连接到直流母线上的混合储能结构,采用电压外环、电流内环的恒压控制策略以及混合储能协调控制策略。并研究了双向DC/AC逆变器结构,采用适用于光伏发电混合储能系统并网的恒功率PQ控制策略。在MATLAB/SIMULINK平台建立了光伏发电混合储能系统并网模型,针对并网时光照强度变化和负载变化的情况,分别进行仿真分析。结果验证了混合储能系统容量优化配置结果及混合储能系统控制策略的可行性。