分布式光伏系统并网点电压调整与储能容量规划研究

来源 :山东大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kaishizai2009
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随着科技的发展,能源结构也在人类社会中不断发生新的变化,传统能源储量有限,而且传统的化石燃料带给人类赖以生存的自然环境严重的污染,太阳能因其取之不尽用之不竭的天然优势,且环保无污染,成为解决能源危机的一种可靠的新能源,光伏发电系统是一种环保无污染的新能源发电技术,由于政策要求以及对环境保护的重视,人类社会对新能源需求量的不断增加同时也越来越重视太阳能发电技术的发展。分布式光伏发电系统接入电网后,由于光伏出力波动性以及负载的不确定性容易导致并网点(point of common coupling,PCC)出现电压问题,电压可能会波动甚至超越电力系统的电压限制要求,从而影响用户的电能质量甚至设备故障,这种情况限制了光伏发电产业的发展。由于R/X值在中低压配电网中较大,所以电压问题会更严重。电池储能系统(battery Energy storage system,BESS)其具有功率密度高、充放电速度快、环保无污染的优点,在分布式光伏并网领域发挥着越来越重要的作用,具有功率平抑、电压调节等功能。由于光伏出力的不稳定性,电池储能系能在非常短的时间内完成充放电过程统,且在充放电过程中可以发出或吸收几十安甚至几百安的大电流。正是由于储能充放电速度快,电流大的优势使得它可以应用在分布式光伏发电系统中,成为系统中解决各种不确定问题的十分重要的器件。目前,BESS成本较高,如果储能在实际应用中的容量配置不合理,BESS的性能优势与配置产生的效益都会受到影响,本文的研究内容为BESS与逆变器参与下的光伏并网点电压动态调节控制策略以及基于光伏并网点电压调节的BESS容量优化配置。本论文的具体工作内容如下:1、分析光伏储能并网系统中各部分的数学和电路模型并在MATLAB/SIMULINK中搭建仿真模型,包括光伏电池的电路模型和仿真模型,电池储能系统的电路模型,光储逆变器电路模型,储能双向DC/DC变换器的模型和仿真模型,最后建立基于扰动观察法的光伏最大功率跟踪(maximumpower point tracking,MPPT)仿真模型,并通过仿真验证了建立的光伏MPPT仿真模型的有效性。2、在储能参与的并网点电压调节控制策略方面,详细分析在现场情况下具体实现光伏并网点电压调节的光储系统各部分控制原理,提出了基于有功—无功控制的动态电压控制策略。控制策略主要包括由三个部分组成,一是电压调节信号的发出,二是储能系统双向DC/DC变换器的控制,以并网点电压为控制量设计储能双向DC/DC变换器的控制策略,控制有功来进行并网点电压的调节,三是对光储逆变器的控制,是通过一系列的PID控制来使用逆变器剩余的无功容量来动态调节电压,调节并网点电压的同时逆变器的控制策略还能够使直流侧电压保持稳定。逆变器的无功控制只在电压越限时生效以保证逆变器有功容量的最大,且能够减少逆变器的工作量。最后在MATLAB/SIMULINK中建立光伏储能并网模型仿真电路模型,验证所提策略在两种电压变化情况下的有效性。3、在优化配置储能系统容量方面,在选择锂电池安装在分布式光伏并网系统中的储能介质的基础上对储能容量的优化配置。以提出的调节光伏并网点电压的控制策略的基础上,对BESS的容量进行优化配置。提出了以初始投资成本最小为优化目标的储能容量优化模型,并以此为目标对储能的容量和功率进行配置。将储能荷电状态(state of charge,SOC)与并网点电压限制范围作为容量优化配置的约束条件,然后利用粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)对优化模型进行迭代求解,最后在某光伏电网中利用使用配置出容量的储能电池调节电压,验证所提控制策略的有效性。
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