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混合储能光伏发电系统的控制器研究

【摘要】:随着化石燃料的日益消耗,新型能源的开发与利用备受关注。光伏能源的清洁性、分布广泛性等特点,使得其得到快速发展和广泛运用。但是由于光伏能量波动性大,单独的光伏发电系统对电网的干扰较大,需要配置一定容量的储能介质,平滑光伏波动。在储能介质中,能量型储能和功率型储能各有优缺点。而锂电池和超级电容分别是这两种储能方式的典型代表,若将两者混合使用,可以实现储能能量的最优化利用。在混合储能光伏发电系统中,有多种连接方式。以母线侧并联方式连接的混合储能光伏发电系统,可以实现超级电容和锂电池的双向电流可控,加以一定的混合储能控制策略能够实现混合储能单元的优化利用。 本文设计了一台运用于混合储能光伏发电系统的控制器。在该系统中,光伏、超级电容和锂电池采用的是直流母线并联的连接方式。该控制器包含功率模块和控制模块。功率模块起到各电源之间能量变换的作用,主电路拓扑采用非隔离双向DC-DC变换器。控制模块控制着各电源之间能量流动的大小和方向。文中提出了一种“超级电容吸收短时光伏波动、锂电池吸收长期光伏波动”的混合储能控制策略。在该控制策略下,超级电容作为滤波单元,用于平衡短时光伏波动,来稳定母线侧电压;锂电池作为主要的储能单元,吸收长期的光伏波动。这种控制策略可以实现超级电容和锂电池的优化利用,实现其价值最大化。文中也提出了一种新的光伏功率预测算法,即基于趋势移动平均法的数学模型,用于平滑光伏波动。该算法仅需要少量的历史数据来建立模型,影响因素少,简单易实现,同时平滑效果好。 文中完成了软硬件设计,得到了基于DSP28335的控制系统。仿真结果验证了主电路参数设计的准确性,完成了设备样机。实验可知:功率模块具有快速启动、停机性能,启动时电压、电流波形无超调和震荡,停机时电压、电流波形很平滑无震荡。功率模块的电压纹波为±0.5%,电流纹波为±0.8%,满载运行效率97.25%,MPPT效率为99.81%。同时,在设备长时间工作的情况下,IGBT、电感和电容的温升范围均较为合理。因此,各项性能指标均符合设计要求。在整个混合储能光伏发电系统运行时,光伏功率预测的平滑效果明显,控制器的输出功率曲线得到平滑优化,同时减少了锂电池的充放电次数,延长其使用寿命,也减小了所需配置的储能单元容量。验证了该功率预测算法的加入可以起到提高储能利用率、降低系统的经济成本的作用。

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