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基于分布式储能的光伏并网发电系统协调控制技术研究

基于分布式储能的光伏并网发电系统协调控制技术研究

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作者：罗仲汉沈阳工程学院

学位级别：硕士

在可再生能源发电技术的众多有效利用形式中,风力发电技术和光伏发电技术最为成熟。与风力发电技术相比,光伏发电技术由于具有灵活、简单、投资适中等优点而备受政府部门及各大企业的推广,由此而生的光伏扶贫等项目政策正在全国各地如... 详细信息

在可再生能源发电技术的众多有效利用形式中,风力发电技术和光伏发电技术最为成熟。与风力发电技术相比,光伏发电技术由于具有灵活、简单、投资适中等优点而备受政府部门及各大企业的推广,由此而生的光伏扶贫等项目政策正在全国各地如火如荼的推广。然而,在光伏发电并网的过程中,由于光伏可再生能源自身的随机波动性、间歇性以及不确定性等缺陷,导致光伏在并网时存在并网难、弃光等缺陷。针对光伏可再生能源发电并网难、弃光等问题,国内外专家学者提出应用光储联合发电技术予以解决。储能系统能够实现电能的时空平移,响应速度快且具备大规模应用的可行性。储能技术的应用可从多方面支持光伏发展,如通过平抑光伏功率波动,稳定其功率输出,有助于提高光伏并网可靠性等。然而,在进行含分布式储能的光伏并网发电系统协调控制技术的研究过程中,受储能单元容量大小及荷电状态大小的限制,储能单元在不同的荷电状态下所处的充放电模式及充放电容量不同,而储能装置处于不同荷电状态下将对光伏并网发电系统的安全可靠并网产生影响。因此,以储能单元的荷电状态区间划分为研究对象,开展储能单元梯次控制策略以实现储能单元分区梯次控制,从而提高储能装置的使用寿命对于提升光伏并网发电系统并网的安全可靠性具有重要意义。本文以储能单元的梯次控制为基础,开展储能单元梯次控制策略研究,并在储能单元梯次控制策略研究的基础上开展含分布式储能的光伏并网发电系统并网协调控制技术研究。本文开展的相关工作和结论如下:(1)在虚拟同步发电机功频控制特性以及充分考虑蓄电池运行特性的基础上,以分布式储能装置的荷电状态作为重要指标开展储能装置与虚拟同步发电机(Virtual synchronous generator,VSG)协调控制策略的研究。通过将蓄电池实时荷电状态区间划分作为功频控制器的控制输入提出了变下垂系数的分布式储能功频控制器协调控制策略。基于MATLAB/Simulink仿真平台搭建了相应的仿真模型,通过仿真分析验证了所提的变下垂系数的功频控制器协调控制策略能够有效实现VSG控制与储能装置的协调控制,实现分布式储能单元分区梯次控制,从而提高储能装置的使用寿命;(2)在基于虚拟同步发电机的储能单元梯次控制策略的研究的基础上提出了基于分布式储能单元的光伏并网协调控制策略。首先,提出了光伏发电系统原理、数学模型以及光伏并网发电系统各单元控制策略;其次,构建基于分布式储能单元的光伏并网协调控制策略;最后,基于MATLAB/Simulink2016b仿真平台搭建基于分布式储能单元的光伏并网系统,并对基于分布式储能单元的光伏并网协调控制策略三种情况进行仿真研究,仿真结果表明:基于分布式储能单元的光伏并网协调控制策略可以有效的避免储能单元的过度放电和过度充电,有利于在保证储能单元使用寿命的前提下实现系统的稳定运行。通过仿真分析,验证了本文提出的基于虚拟同步发电机的储能单元梯次控制策略以及基于分布式储能单元的光伏并网协调控制策略的有效性;(3)在基于虚拟同步发电机的储能单元梯次控制策略以及基于分布式储能单元的光伏并网协调控制策略理论研究的基础上,对基于虚拟同步发电机的储能单元梯次控制策略和基于分布式储能的光伏并网发电系统并网协调控制策略两种控制策略进行实验验证。在进行基于虚拟同步发电机的储能单元梯次控制策略实验验证的过程中,采用荷电状态(State of Charge,SOC)70—85%储能放电、SOC15—30%储能充电以及SOC60%储能充电三种运行工况进行测试,实验验证了协调控制策略的有效性;在进行基于分布式储能的光伏并网发电系统并网协调控制策略两种控制策略实验验证的过程中,采用光伏+负载的SOC70—85%储能放电、光伏+负载的SOC15—30%储能充电两种运行工况进行测试,实验验证了协调控制策略的有效性。本文的研究可为基于分布式储能的光伏并网发电系统并网协调控制技术提供相关理论基础和实践依据。

关键词：梯次控制策略光伏并网发电系统虚拟同步发电机协调控制策略实验验证

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