風(fēng)光互補(bǔ)混合能源系統(tǒng)的能量管理研究.pdf

1、隨著化石能源的逐漸枯竭以及隨之帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)重，世界各國(guó)開(kāi)始大力發(fā)展可再生能源。由于大部分可再生能源發(fā)電出力特性具有隨機(jī)性和間歇性，如果大規(guī)模并網(wǎng)，會(huì)對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成沖擊。風(fēng)光互補(bǔ)混合能源系統(tǒng)將兩種天然互補(bǔ)的可再生能源發(fā)電技術(shù)與儲(chǔ)能技術(shù)結(jié)合，克服單一的風(fēng)力發(fā)電或光伏發(fā)電的不穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)兩種能源的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)和效率提升，為可再生能源有效接入電網(wǎng)提供了一種新的解決思路。
　　本文首先確定風(fēng)光互補(bǔ)混合能源系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)，其中光伏單

2、元為單晶硅電池組件，風(fēng)電單元為永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組；儲(chǔ)能裝置由超級(jí)電容和磷酸鐵鋰離子電池混合組成。根據(jù)光伏電池、永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組、磷酸鐵鋰離子電池和超級(jí)電容的輸出特性，系統(tǒng)采用直流母線耦合的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。隨后確定了各單元到直流母線的接口電路以及并網(wǎng)變換器的拓?fù)?。?duì)于系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)，參照歐洲微電網(wǎng)計(jì)劃采用的準(zhǔn)集中式分層控制體系和風(fēng)光互補(bǔ)混合能源系統(tǒng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了適合本系統(tǒng)的分層控制結(jié)構(gòu)。對(duì)于能量管理策略，分別考慮了系統(tǒng)可靠性、能源利用率和電能質(zhì)量

3、的要求，按照并網(wǎng)運(yùn)行與獨(dú)立運(yùn)行的不同情況，設(shè)計(jì)了能量管理對(duì)各單元功率分配的控制策略。
　　隨后，針對(duì)功率輸出受天氣情況影響的風(fēng)電單元和光伏單元，研究了各自的功率控制方式。對(duì)于風(fēng)電單元的功率控制，首先分析了永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組的數(shù)學(xué)模型，包括風(fēng)輪機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)模型、永磁同步發(fā)電機(jī)的等效電路，以及整個(gè)機(jī)組的機(jī)械模型。然后比較分析典型的最大風(fēng)能捕獲辦法的優(yōu)缺點(diǎn)，并選擇功率信號(hào)反饋法用于本文所研究的風(fēng)電單元。最后分析功率信號(hào)反饋法在永磁直驅(qū)風(fēng)

4、電機(jī)組的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，并給出該方法的穩(wěn)定性判定條件。
　　接著研究光伏單元的功率控制。為提高系統(tǒng)能源利用效率，光伏單元采用最大功率追蹤控制方式。比較分析幾種經(jīng)典算法之后，針對(duì)準(zhǔn)確度較高，容易實(shí)現(xiàn)的P&Q法存在的缺點(diǎn)，提出了一種改進(jìn)的P&Q法：為傳統(tǒng)的P&Q法限定尋優(yōu)區(qū)間，并根據(jù)擾動(dòng)前后功率變化幅度，調(diào)節(jié)擾動(dòng)周期，以減少總的擾動(dòng)次數(shù)。最后通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)對(duì)改進(jìn)的P&Q法進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果顯示改進(jìn)P&Q法在光照變化整體有緩慢、偶爾劇烈的環(huán)境下

5、，大大減少了擾動(dòng)次數(shù)。
　　最后，根據(jù)能量管理策略，以及風(fēng)電單元和光伏單元的功率控制思想，設(shè)計(jì)儲(chǔ)能裝置接口和并網(wǎng)變換器的控制電路。完成系統(tǒng)底層控制電路的設(shè)計(jì)之后，在Matlab/Simulink里搭建系統(tǒng)的仿真電路。利用仿真分析能量管理策略、控制電路以及系統(tǒng)整體功能的實(shí)現(xiàn)情況。結(jié)果顯示：兩種間歇性能源和兩種儲(chǔ)能裝置均表現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的特性，混合儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)風(fēng)電單元和光伏單元的間歇性起到了緩沖和支撐作用，分層控制方式下的能量管理策略保證