小型光储系统充放电控制策略研究

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1、＇论文分类号：２学校代码：１０７０８、学号：１５０６０２７ＳＨＡＡＮＸＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ硕士学位论文Ｔｈｅｓ’ｉｓｆｏｒＭａｓｔｅｒｓＤｅｇｒｅｅ小型光储系统充放电控制策略研究张晓庆指导教师姓名：郑恩让教授学科名称：控制理论与控制工程论文提交日期：２０１８年３月论文答辩日期：２０１８年５月学位授予单位：陕西科技大学申请工学硕士学位论文论文题目：小型光储系统充放电控制策略研究学科门类：工学一级学科：控制科学与工程培养单位：电气与信息工

2、程学院硕士生：张晓庆导师：郑恩让教授2018年5月STUDYONCHARGEANDDISCHARGECONTROLSTRATEGYOFSMALLPHOTOVOLTAICENERGYSTORGESYSTEMAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDegreeofMasterofEngineeringScienceByXiaoqingZhangSupervisor:Prof.Enr

3、angZhengMay2018小型光储系统充放电控制策略研究摘要随着社会经济的高速发展，能源匮乏与环境污染问题不断加剧，对于可再生能源的开发以及使用变得越来越普遍。太阳能以其独有的优势——能量取之不尽用之不竭，因而受到各国家的重视。光伏发电作为太阳能的利用方式得到了人们的关注。但是，由于光伏发电的随机性和间歇性，会对电力系统的稳定性造成影响且存在能源浪费的情况，而最大功率点跟踪（MaximumPowerPointTracking，MPPT）与储能装置的加入可以很好地解决上述问题。本文以离网型光储发电系统为研究对象，从最大功率点跟踪、

4、储能装置的充放电以及能量管理三个方面进行分析和研究。主要研究内容如下：（1）研究了光储系统的主要组成。首先研究了光伏电池的工作原理并在MATLAB/Simulink中建立了其仿真模型，对其输出特性进行了分析研究。并在不同的外界环境参数下对其输出特性进行了分析。然后，研究了MPPT实现原理。针对传统扰动观察法在实现MPPT时存在系统振荡以及扰动步长不变等问题，提出了一种结合模糊控制的改进扰动观察法。仿真结果表明，该方法不仅可以快速地完成系统的最大功率点跟踪而且保证了在最大功率点处的稳态精度。（2）研究了混合储能系统。为了解决蓄电池单独

5、储能时易受到大电流冲击的问题，在光伏发电系统中采用混合储能系统完成电能的存储与释放，既避免了大电流的冲击，提高了蓄电池的使用寿命，又能满足负载的需求。分析了混合储能系统的组成结构，并给出了蓄电池通过功率变换器与超级电容器连接的混合储能结构。该结构能够达到降低储能装置电压等级效果，对于系统的控制也更加灵活。根据外界环境变化以及负载所需，给出了光储系统九种工作模式，制定了光储系统中各个能源之间的能量管理策略。（3）根据储能装置的特性以及系统要求，设计了储能装置的充放电控制策略。考虑到需要防止储能装置的过充、过放以及需要保证母线电压稳定的

6、要求，对蓄电池和超级电容器的充放电均采用电压-电流双闭环的控制策略。对其充放电控制中的电压环和电流环进行了设计，计算了系统参数。并提出对储能装置充放电的电压环采用单神经元PID进行控制的策略，仿真验证了所提策略的可行性。在MATLAB/Simulink中对系统进行了联合仿真，对所提的MPPT算法、充放电控制策略以及能量管理策略进行了仿真研究。验证了所提算法以及控制策略的正确性。I（4）搭建实验系统与算法验证。利用TMS320F28335作为主控芯片设计了系统硬件电路以及软件程序。对储能装置放电采用的恒压限流控制策略以及混合储能装置的

7、特性进行了验证。仿真和实验结果表明，混合储能装置能够使蓄电池避免大电流的冲击，延长蓄电池寿命，并且可以满足光储系统的要求，提高系统的效率。关键词：光伏发电，最大功率点跟踪，储能装置，充放电控制策略IISTUDYONCHARGEANDDISCHARGECONTROLSTRATEGYOFSMALLPHOTOVOLTAICENERGYSTORGESYSTEMABSTRACTWiththedevelopmentofthesocialeconomy,theenergycrisisandenvironmentalpollutionarebeco

8、mingmoreandmoreserious,andthedevelopmentandutilizationofrenewableenergyisbecomingmoreandmorecommon.Becauseofitsunique