带储能的太阳能光伏发电系统研究

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西南交通大学硕士学位论文主要工作（贡献）声明
本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下： 1） 设计了一种带有储能系统的太阳能光伏并网系统。该系统除了具有传统并 网型光伏系统的功能之外，还可以对并网功率进行功率平抑，削峰填谷， 确保并网稳定性。 2） 搭建了并网型光伏系统仿真平台，基于 Matlab/Simulink 对算法进行了仿真 分析。针对光伏电池侧系统，电网侧系统和储能系统搭建了实验平台验证 算法的正确性。为了解决三相并网逆变器启动时网侧电流瞬间有过大冲击， 采用了“d 轴电流爬山法”算法以减小电流冲击，并通过仿真验证了该算法 的正确性。 3） 深入分析了储能双向变流器的控制策略，讨论了带储能设备的光伏并网系 统的运行工况，完成了带储能设备的光伏并网系统在外界条件变化时，稳 定并网输出功率的仿真分析。 4） 设计了以 DSP+FPGA 为控制核心的 2kW 光伏并网系统。完成了系统软件、 硬件设计，实现了光伏系统单位功率因数并网满功率运行。针对成都地区 阴雨天气较多，一年中相当长时间无法利用太阳能电池实现调试等问题， 提出了一种光伏电池模拟设备。该试验设备较好的模拟了光伏电池 P-V 曲 线，有效降低了调试成本，具有较好的应用前景。
Apr. 2012
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西南交通大学硕士研究生学位论文
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摘
要
当今世界传统能源供应持续紧缺，各国都将发展新型能源作为国家的一项长期 发展战略。太阳能光伏发电以其取之不尽，用之不竭的特点，受到了广泛关注。但 是当外界条件变化时，光伏输出功率会有明显变动，会造成接入点电压波动，给电 网调度造成影响。特别是目前光伏电站装机容量不断增大，并网规模随之增长，这 一缺陷将限制更大规模的光伏电站并网发电。本文围绕带储能系统的并网光伏发电 系统，在分析了传统并网光伏发电系统的基础上，研究了在外界条件变化下并网功 率输出的控制策略以满足电网功率调度需求，展开了相关的仿真和实验研究，验证 了本文使用的方法是正确可行的。 本文首先研究了光伏并网发电系统。建立了光伏电池的输出数学模型；研究了 光伏并网功率最大功率跟踪算法， 建立了基于改进爬山法的最大功率跟踪仿真模型， 搭建了实验电路来验证算法的正确性；推导了三相并网逆变器在网侧三相电压对称 条件下的数学模型，完成了基于网侧电压定向的 P-Q 解耦双环控制的三相并网逆变 器仿真。针对网侧三相并网逆变器空载启动时网侧电流存在较大冲击的问题，采用 了 “d 轴电流爬山函数”方法解决，并建立仿真模型予以算法验证。 其次，开展了储能系统的研究。在分析了并网点电压波动原因和满足电网功率 调度的基础上，说明了为并网光伏系统引入储能设备的必要性。阐述了双向储能变 流器的工作原理，分析了储能型并网光伏系统的运行工况，根据储能系统在并网光 伏系统中的不同作用说明了储能变流器的两种控制策略。 完成了在外界条件变化时， 带储能系统 2kW 光伏并网系统并网功率稳定输出的仿真。 最后，依托西南交通大学“211”实验室建设项目《电力牵引传动与网络控制试 验教学平台建设》的子项目——微电网及控制试验系统，搭建了以 DSP+FPGA 为控 制核心的 2kW 光伏并网系统。在该试验系统中完成了系统软件、硬件设计，完成了 光伏系统最大功率输出，光伏系统单位功率因数并网满功率运行和储能系统给定功 率释放或吸收功率等实验。针对成都地区阴雨天气较多，一年中相当长时间无法利 用太阳能电池板作为功率源调试的问题，提出了一种光伏电池模拟设备。该试验设 备较好模拟了光伏电池 P-V 曲线，有效降低了调试成本，提高了调试效率。 关键词： 光伏并网发电 最大功率跟踪 三相并网逆变器 储能系统 功率调度
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密级：公开
西 南 交 通 大 学 研 究 生 学 位 论 文
带储能的太阳能光伏发电系统研究
年 姓
级 名
二○○九级 邓元实 工学硕士 电力电子与电力传动 林国斌 教授
申请学位级别 专 指 导 业 老 师
二零一二年 四 月 十五 日
Classified Index: U.D.C:
Southwest Jiaotong University Master Degree Thesis
Fra Baidu bibliotek
RESEARCH ON THE PHOTOVOLTAIC POWER GENERATION SYSTEM WITH ENERGY STORAGE EQUIPMENT
Grade: 2009 Candidate: Deng Yuanshi Academic Degree Applied for: Master of Engineering Specialty: Power Electronics and Power Drives Supervisor: Prof. Lin Guobin
西南交通大学硕士研究生学位论文
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Abstract
With the storage of the traditional energy supply, many countries have already focused on the development of the new energy and treated them as a long-term strategy. The photovoltaic (PV) power, with its inexhaustible characteristics, has received widespread concern. However, when the external conditions change, the PV output power fluctuates apparently. Then, the power fluctuation may lead to the instability of the voltage for the grid-across point and bring some problems for the power grid dispatching. Although the current installed capacity of the PV power plants increase and the size of the network grows rapidly, these shortcomings will limit the appearance of more large-scale PV plants. This paper focuses on the grid-connected PV systems with energy storage equipment. On the basis of the analysis about the traditional grid-connected PV systems, the PV power control strategy is analyzed to meet the power dispatching needs of the grid. Simulation and experiments are carried out to prove the correctness of the control strategy. Firstly, the traditional grid-connected PV power generation is discussed. The mathematic model of the photovoltaic cells is established. Then, the theory of the maximum grid-connected power point track (MPPT) is described, including the simulation and the experiments to testify the correctness of a novel method about perturbation and observation. The mathematic model of the three-phase grid-connected inverter is derived under the condition of the three-phase symmetrical voltage. A system with double loop (voltage of the external loop and current of the internal loop) is designed to control the converter. As for the problem about the current impact when the net converter starts, the method so called “d axis current perturbation ”, is used and the simulation testify its effectiveness. Secondly, the study on the energy storage system is carried out. The necessity of using energy storage equipment for PV system is illustrated so that to reduce the fluctuation of the power and meet the power dispatching of the grid. Then the Bi-Buck/Boost converter ’s three operating modes are described. According to the different effects of the energy equipment, this paper described two control stragegy on the energy storage system. Then the 2kW grid-connected PV power generation with energy storage equipment is simulated by Matlab/Simulink, using the current loop control strategy to meet the power dispatching of the grid. Finally, relying on the 211 Laboraty Project (The Micro grid and its Control system) of SWJTU, a 2kW grid-connected PV power generation is set up based on the