基于光储直流微电网系统输出功率与母线电压平抑策略研究

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随着全球化石能源利用的日益增加,以光伏发电为主的可再生能源技术不仅成为了缓解当今传统能源问题的关键,也对推动我国经济转型具有深远意义。由于光伏系统本身具有间歇性和波动性等特点,会造成光伏直流微电网系统的供电质量利用率降低以及功耗增大等问题。在光伏微电网系统中加入储能技术,不仅能稳定系统的运行,也实现了能量的双向流动。本文利用了锂电池吞吐能力及超级电容迅速充放电的特点与光伏构建了光储发电系统,同时针对光伏混合储能系统的控制策略进行了深入研究,以达到平抑系统功率和母线电压的效果。本文的工作内容主要有以下几点:(1)首先系统性地分析了光储直流微电网系统的总体架构,使用软件对光伏电池建模仿真并剖析其输出的特性曲线,在此基础上对光伏系统最大功率点跟踪(MPPT)的基本原理进行了仿真对比分析,最后阐述了光储发电系统中锂电池和超级电容的充放电模式,以及双向DC-DC变换器的构成原理与控制策略。(2)其次依据光储直流微电网的特点,采用低通滤波进行功率合理分频,高频功率部分由超级电容承担,低频功率部分由锂电池承担。鉴于传统的PI控制算法参数整定效果不太理想,本文采用天牛须-粒子群算法(BAS-PSO)和麻雀搜索算法(SSA)对低通滤波算法中控制超级电容的PI控制器进行了参数整定,以实现对光储微电网输出功率的平抑。经整定后对比极点配置法、线性矩阵不等式(LMI)和粒子群算法,仿真实验证明本文提出的两种参数整定算法中SSA具备较快的瞬态响应时间和更强的鲁棒性。(3)最后在总结了经典PI控制器的优缺点后,采用更适应于复杂系统、参数变量较少的线性自抗扰控制器(LADRC)替代PI控制器,将LADRC应用于储能系统电压外环控制,PI控制器应用于锂电池和超级电容电流内环控制。通过在不同辐照度和变负荷功率环境下,对超级电容、锂电池输出功率以及母线电压进行曲线和数据对比分析,经分析LADRC算法比SSA算法整定的PI控制器在平抑输出功率波动和稳定母线电压方面效果更佳,系统响应时间更快,动态性能和追踪精度更高。
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