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基于储能调度分布式风电灵活并网发电系统毕业设计论文

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目录

摘要 1

Abstract 2

第一章 绪论 5

1.1研究目的和意义 5

1.2国内外研究现状 6

1.2.1国外研究现状 6

1.2.2国内研究现状 6

第二章 风光互补设备储能系统基本构成和特性 6

2.1风光互补设备储能系统总体构架 6

2.2系统组成概述 7

2.2.1风力发电机系统 7

2.2.2光伏组件 8

2.2.3储能系统 9

第三章 分布式风光互补设备储能系统控制技术 11

3.1光伏发电控制技术 11

3.1.1光伏电池板输出特性 11

3.1.2光伏发电系统结构 11

3.1.3最大功率点跟踪控制设计 12

3.2风力发电控制技术 18

3.2.1风力机的特性 18

3.2.2变桨距控制策略 20

3.3储能电池控制策略 22

3.3.1铅酸蓄电池的充电特性 22

3.3.2蓄电池充电控制策略 22

3.3.3铅酸电池剩余SOC控制 24

3.3.4电池智能充放电控制 24

第四章 Simulink仿真分析 26

4.1仿真工具介绍 26

4.1.1 Matlab介绍 26

4.1.2 Simulink介绍 26

4.2仿真结果分析 27

4.2.1光伏发电模块 27

4.2.2风力发电模块 30

4.2.3电池智能充放电控制 31

4.2.4实际应用适应性分析 32

致 谢 34

参考文献 35


 

第一章 风光互补设备储能系统基本构成和特性

2.1风光互补设备储能系统总体构架

风光互补设备储能系统主要由发电设备、控制部、能量储存装置、逆变器和负载灯组成。在图2 - 1中示出了风力太阳互补发电系统的结构。

图2-1 风光互补发电系统组成

发电装置包括风力涡轮机和太阳能发电阵列。控制部由交流整流器和充放电控制装置构成。作为能量积蓄装置的铅蓄电池负荷的白色LED光。

2.2系统组成概述

2.2.1风力发电机系统

风力机系统的主要部件包括涡轮转子、发电机、变压器以及可能的变速箱和电力电子学。涡轮塔承载一个小舱,涡轮转子由转子叶片和轮毂组成。吊舱包括风力机的关键部件,如变速箱、机械制动器、发电机、控制系统和电力电子转换器等。风速计和风蚀通常安装在舱外,以测量风速和风向。大多数现代风力涡轮机在迎风装置中都有三个转子叶片。进入系统的功率可能受到失速控制或主动失速或俯仰控制的限制,在大多数新开发的大型风力发电机中通常采用俯仰控制机制。

风力涡轮机可以分散地安装在陆地上,也可以合并成能容纳数百兆瓦的风电场,与传统的发电机组规模相当。适当的电压水平与风力发电系统的额定功率有关。风力涡轮机的额定电压通常小于1kv,通常在风电场内的电气收集系统或分布式风力涡轮机的本地电网连接时,在配电级上配备变压器,从发电机终端电压上升到20 kV或30 kV左右的中压。电缆通常用于连接,特别是用于海上风力发电场。

早期风电机组规模较小,主要与低压配电网直接相连,随着风力发电技术的进步,风电机组和风电场的规模越来越大,可以连接到中电压配电网。此外,当风力发电机较大且距离网格较长时,风力发电机获取系统中的电压还需要增加到传输电平的高电压。例如,对于大型集中风电场和数百兆瓦以上的海上发电厂和远距离输电,通常采用150 kV以上的高输电电压。

2.2.2光伏组件

    光伏阵列相关的基本概念有三个:光伏电池单体、光伏组件(光伏模块)和

光伏阵列。

    光伏电池单体如图2-2(图中有5个光伏电池单体)所示,是光电转换的最

小单位,这通常是2cm×2cm到15cm×15cm的大小,通常工作电压是0.45~ 0.5 V输出电流与面积有关,一般为20 ~ 25ma / m 2。光能电池单体输出电流和输出电压都很小,不能单独作为电源使用。

 

图2-2光伏电池单体

    在串联和并联封装单个光伏组件后,它将成为太阳能电池模块也被称为太阳光发电模块,不过,这是能够单独作为电源使用的最小单位。大部分的太阳光发电能力如图2 - 3所示,游泳池的成品也是太阳能发电模块。一般光起功率每个单元在模块上的标准数目是36或40,这意味着太阳能电池模块基本上是被制造的16伏特的电压足以为12伏特的额定电池充电.

 

 

图2-3太阳能光伏组件

    太阳能发电模块以特定方式连接,并设置在支架上以形成太阳满足特定负荷所需输出的能源太阳能发电阵列。组成光伏阵列的组件个

数由所需的发电功率决定。光伏阵列如图2-4所示。

 

图2-4太阳能光伏阵列

 

 

 

2.2.3储能系统

能量储存系统采用铅蓄电池。铅蓄电池的正极材料是二氧化铅,负极电化学材料是铅,电解质是浓度约为27 % ~ 37 %的稀硫酸溶液。

很多人对于铅酸电池的产品,正与负的工作有着不同的意见。提出了氧化还原反应理论。根据理论,充电后的铅蓄电池的正极生成的材料是二氧化铅,负极的生成物是铅。放电时,将正极中的二氧化铅转换为氧化铅,将负极的铅转换为氧化铅。后来J.H.Gladstone和A.Tribe否定了这一理论,提出了更全面的成流反应理论。

根据“硫酸双极盐化”理论,正极和负极的电极反应和铅蓄电池的整个反应方程式:

负极反应:

                                 (2-1)

正极反应:

                         (2-2)

电池总反应:

                   (2-3)

电池的充放电反应是逆反应。从左向右的反应表示放电反应,从右向左的反应表示荷电反应。

根据公式(2 - 3),放电后的正负电极中的化学物质是硫酸铅,被称为“硫酸铵氯化理论”。从公式中可以看出,硫酸作为反应中的导电性介质和反应物都起作用。由于反应中的硫酸的连续参与,电池中的电解质浓度降低,生成放电中的水。在给其充电时,这时硫酸电解质浓度会逐渐上升。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

第二章 分布式风光互补设备储能系统控制技术

3.1光伏发电控制技术

3.1.1光伏电池板输出特性

光伏电池板重要参数定义如下:

(1)峰值功率():电池得最大输出功率。

(2)开路电压():电池正负极开路测得得电压值。

(3)短路电流():电池正负极断路测得的电流值。

(4)最大功率点电压/工作电压():电池功率最大时的电压值。

(5)最大功率点电流/工作电流():电池功率最大时的电流值。

(6)填充因子(FF):是衡量光伏电池性能的一项重要指标,它表明了电池的“出力效率”。

可表示为:

                                         (3-1)

(7)转换效率(η):光伏电池输出的电力能量与输入的太阳能辐射光能量之比。

                                                  (3-2)

其中:是射入光辐照度,单位;S是被测光伏组件面积,单位。标准情况下,即25℃下

3.1.2光伏发电系统结构

太阳能发电本质上将光能量直接转换为直流电,然后可通过功率电子逆变器DC逆变器用于交流。太阳能发电系统的模型分为两个部分。逆变器分为一级逆变器和多级逆变器。后者更便于实现最大功率追踪控制和直流电压控制。然而,功率电子器件和复杂结构增加了功率损耗。目前,太阳能发电包、dc - dc转换器、dc - ac转换器、过滤装置、能量积蓄装置、电力控制装置、测量、监视和保护辅助设备是主要的公用太阳能发电系统。如图所示;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                     图3-1 光伏发电系统结构

其中太阳电池是系统的中心。当暴露在太阳光下时,它将光能转换为负载的能量,生成将剩余的能量传送给储存用能量储存装置的光起电效果。在被称为阻塞二极管的工程中,反反转二极管的作用是在非常弱的光强度的情况下防止光起功率阵列,阻止输出功率或故障。使用其单向导电效应在光起功率电池阵列电路中的反向二极管系列对太阳电池起到保护作用。因此,需要承受较大电流,并且要求前向压降和反向饱和电流足够小。在项目中,满足上述性能要求的整流二极管被选择为反向二极管。DC / DC转换器的功能是将太阳能电池的输出直流电压提高到适当的水平,因此,太阳能发电的直流电流能够在电压水平上满足用户的要求。同时实现光伏电池的最大功率跟踪(Maximum power point tracking, MPPT)控制。

3.1.3最大功率点跟踪控制设计

3.1.3.1MPPT原理

过程控制战略,连续太阳能发电系统的输出电力检测,目前的情况下,为了推测系的最大输出功率控制算法,对目前使用的光伏发电系统进行调整,实现了最大输出功率。因此,如果由于高接合温度上升导致太阳能发电系统阵列输出功率下降,则在当前操作条件下,整个系统仍可在最佳匹配状态下操。

 

图3-2 MPPT基本原理示意图

图3到图6示出了在不同辐射强度下工作的光起电阵列的输出特性曲线I-U的两个组。点A和B分别是特性曲线1和特性曲线2的最大输出点。假设光起电系统在某个时间点在A点工作。当辐射强度发生变化时,光起功率系统的输出特性从特性曲线1上升到特性曲线2。此时,在负载1不变的情况下,光伏发电系统在新状态下跑到偏离系统最大功率点B的A点。为了跟踪最大功率点,可以将负载特性曲线从负载1改变为负载2,这样可以确保系统在新的条件下处于最大功率点B。一样,曲线2的照射强度特性的变化之一时,实际情况是负荷变化对1、2的负荷变化应根据负荷特性制定,照射强度的变化条件下保证pv系统是最大的功率点A。

3.1.3.2MPPT跟踪算法——电导增量法

电导增量法INC(Incremental Conductance)是一般使用的MPPT控制算法。从光起功率系统的输出功率随输出电压的速度变化的角度,推测了系统在最健康的功率点工作时电导变化率与电导的关系。

 

图3-3光伏阵列P-U特性及dP/dU变化示意图

图3-3给出了光伏阵列P-U特性曲线以及dP/dU变化示意图,由图可知:光

V阵列的特性曲线是单个峰值曲线,在这个点处是一个最大值。当太阳能发电系统在最大功率点工作时,系统的输出功率如下:

                                               (3-3)

     对上式中两边得光伏阵列进输出电压U求导,则有:

                                        (3-4)

 当dP/dU=0时,光伏阵列的输出功率值最大,可以推导出系统处于最大功率点的关系式:

                                               (3-5)

实际上太阳能电池系统最大电力分是否为了判定,符号(di /du+ i / u)可以使用。符合是零的时候,它是系统最大的功率点。符号正的时候,系统是点左边的最大力量。当符号为负时,表示系统在最大功率的右侧。图3表明系统此时处于最大功率点的右侧,具体算法流程图如图3-4所示。

 

图3-4电导增量法流程图

该算法在运行过程中,需要较多的微分判断,其结果,算法的计算量变大,控制系统和硬件(传感器精度等)的要求变高。需要借助微处理器或数字信号处理器(DSP)来实现复杂算法,这增加了系统的成本和复杂度。

3.1.3.3 MPPT模型