風光互補混合能源系統的能量管理研究.pdf

1、隨著化石能源的逐漸枯竭以及隨之帶來的環(huán)境問題日益嚴重，世界各國開始大力發(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性和間歇性，如果大規(guī)模并網，會對電網的穩(wěn)定運行造成沖擊。風光互補混合能源系統將兩種天然互補的可再生能源發(fā)電技術與儲能技術結合，克服單一的風力發(fā)電或光伏發(fā)電的不穩(wěn)定性，實現兩種能源的優(yōu)勢互補和效率提升，為可再生能源有效接入電網提供了一種新的解決思路。
　　本文首先確定風光互補混合能源系統的主體結構，其中光伏單

2、元為單晶硅電池組件，風電單元為永磁直驅風電機組；儲能裝置由超級電容和磷酸鐵鋰離子電池混合組成。根據光伏電池、永磁直驅風電機組、磷酸鐵鋰離子電池和超級電容的輸出特性，系統采用直流母線耦合的拓撲結構。隨后確定了各單元到直流母線的接口電路以及并網變換器的拓撲。對于系統的控制結構，參照歐洲微電網計劃采用的準集中式分層控制體系和風光互補混合能源系統的特點，設計了適合本系統的分層控制結構。對于能量管理策略，分別考慮了系統可靠性、能源利用率和電能質量

3、的要求，按照并網運行與獨立運行的不同情況，設計了能量管理對各單元功率分配的控制策略。
　　隨后，針對功率輸出受天氣情況影響的風電單元和光伏單元，研究了各自的功率控制方式。對于風電單元的功率控制，首先分析了永磁直驅風電機組的數學模型，包括風輪機的空氣動力學模型、永磁同步發(fā)電機的等效電路，以及整個機組的機械模型。然后比較分析典型的最大風能捕獲辦法的優(yōu)缺點，并選擇功率信號反饋法用于本文所研究的風電單元。最后分析功率信號反饋法在永磁直驅風

4、電機組的實現過程，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。比較分析幾種經典算法之后，針對準確度較高，容易實現的P&Q法存在的缺點，提出了一種改進的P&Q法：為傳統的P&Q法限定尋優(yōu)區(qū)間，并根據擾動前后功率變化幅度，調節(jié)擾動周期，以減少總的擾動次數。最后通過仿真和實驗對改進的P&Q法進行了測試，結果顯示改進P&Q法在光照變化整體有緩慢、偶爾劇烈的環(huán)境下

5、，大大減少了擾動次數。
　　最后，根據能量管理策略，以及風電單元和光伏單元的功率控制思想，設計儲能裝置接口和并網變換器的控制電路。完成系統底層控制電路的設計之后，在Matlab/Simulink里搭建系統的仿真電路。利用仿真分析能量管理策略、控制電路以及系統整體功能的實現情況。結果顯示：兩種間歇性能源和兩種儲能裝置均表現出優(yōu)勢互補的特性，混合儲能系統對風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