光伏发电并网PWM储能变流器的仿真研究

 2023-01-07 10:01

论文总字数:16318字

摘 要

随着全球化石能源的储存量减少和日益加剧的环境污染问题,太阳能作为一种新能源,完全具有成为未来主要供应能源的潜力。因此,实现光伏发电中储能系统的有效且高效率的控制,以期望达到系统的平稳运行,成为急需研究的问题。本文就将对此,研究比较光伏发电并网中不同的储能变流器的控制策略,并且对这些策略背后的技术支撑进行分析比较。本次课题将对光伏发电并网系统中储能变流器的DC-AC的环节进行PWM控制策略的选用和比较,选用一种策略并在MATLAB中的Simulink中进行仿真,讨论其可行性和有效性。同时也对储能变流器的蓄电池充放电功能进行仿真模拟,观察储能变流器在并网条件下的充放电性能。

关键词:光伏发电;储能变流器;PWM控制策略

Abstract

With the reduction of global fossil energy storage and increasing environmental pollution problems, solar energy, as a new energy source, has the potential to become the main energy supply in the future. Therefore, realizing effective and high-efficiency control of the energy storage system in photovoltaic power generation in order to achieve the smooth operation of the system has become an urgent research issue. This article will study and compare the control strategies of different energy storage converters in photovoltaic power generation grid-connected, and analyze and compare the technical support behind these strategies. This topic will select and compare the PWM control strategy of the DC-AC link of the energy storage converter in the photovoltaic power generation grid-connected system. Choose a strategy and simulate it in Simulink in MATLAB to discuss its feasibility and Effectiveness. Simultaneously, the battery charging and discharging function of the energy storage converter is simulated to observe the charging and discharging performance of the energy storage converter under grid-connected conditions.

Keywords: PV; PCS; PWM Control Strategy

目 录

第一章 引言 1

1.1课题的研究背景 1

1.2我国光伏发电的现状 2

1.3我国储能技术基本研究现状 2

1.4本文的研究内容 3

第二章 光伏发电系统的基本原理和组成 4

2.1光伏发电系统的工作原理 4

2.2光伏发电系统的结构组成 5

2.3光伏发电系统中的储能变流器(PCS) 6

第三章 并网储能变流器的数学模型 7

3.1 PCS数学模型的建立 7

第四章 光伏发电并网储能变流器的控制策略 9

4.1 各种控制技术 9

4.2 光伏并网PCS的控制策略及其优缺点 11

第五章 在MATLAB-Simulink中的仿真 12

5.1 仿真模型的建立 12

5.2 仿真结果以及分析 13

5.3 总结仿真模型的可行性和有效性 17

第六章 结束语 18

6.1 总结全文 18

致谢 19

参考文献 20

第一章 引言

1.1课题的研究背景

随着中华人民共和国的煤炭和石油原因的持续经济发展以及各行各业内工业的逐出,现有环境污染和能源缺乏变得越来越严重。今天,许多国家认为太阳光能已成为取之不尽用之不竭的能源。经过对光伏发电技术的研究,可以有效解决能源危机和空气污染的问题。其次,基于光伏技术的能源生产也是新能源生产领域的研究重点。根据《国家能源发展概览》一书中的光伏,可再生能源中的潜力能源,基于光伏技术的光能是业内最快,最有效的。

从全球战略角度来看光伏发电技术在地球上电气电力能源的结构中的重要战略地位,太阳能由太阳提供的光能作为目前时代上的一种新能源,完全具有成为未来占主要能源占比的巨大潜能。因此,光伏并网发电技术成为了目下尤其重要的电力能源研究方向之一。我们可以利用太阳能,将其储存,在当电网发生电力故障时还可以利用存储的太阳能来保持供电。这就要求我们需要对电网系统中储能变流器系统的控制策略进行研究,以力求实现达到充分发掘、控制和利用这种可再生能源,同时在维持日常电力系统稳定运行的同时,确保用电器用户使用的电能的高质量。因此目下中国要实现光伏发电电网系统中的储能系统的充分有利且有效的控制,使系统中的各个网络环节相互配合,实现电力系统的平滑稳定的运行和各个适用的状态的平滑切换,成为我们目下需要攻破和加深研究的问题。

中国的光伏发电工程计划萌芽于上世纪60年代早期,得益于首块单晶硅的应用,在一开始我们只是将此技术用于深空探索航天计划工程,到了上世纪七十年代中旬我们才将其运用于千家万户的地表运用。上世纪90年代末年,中国计委员会设计牵头制定了“中国光明工程”伟大计划,这个计划期望运用太阳能和大自然风来解决我国西北等偏远地区人民用电困难的难题。到了2002年9月,无锡尚德的太阳能电池生产流水线正式开始投工施工生产。然后到了2003至2005年,因为在欧洲地区特别是德国太阳能市场的需求的增加,不仅仅是尚德和英利开始增加产能和扩大生产,如雨后春笋般的许多新企业也开始纷纷投力建立流水生产线。在2013年,中国国务院和国家能源局又先后发布政府政策,将光伏补贴政策更改为企业收取补助金按照自己家的发电量能力来评判。到了2015年底,中国成为世界上光伏发电工程利用和消耗量最大的国度。在之后的2年中,中国后来居上新晋安装打造的光伏发电工程更是赶超了全世界的新增量的一半左右。2018年5月31日,由中国发改委、中央财政部、国家能源局三方联合发布《关于2018年光伏发电有关事项的通知》,这个通知不仅要求2018年暂停新建当时所需国家补贴的普通民用光伏发电变电站,并且同步下调了在此政策之后得新增的光伏变电站的政府补贴电价。因为受此政策的影响,中国时隔十三年再次出现当年新增光伏容量低于上年新增数的罕见情况。

1.2我国光伏发电的现状

当前,能源短缺已经成为我国面临的主要问题,没有充足的能源的支撑就无法实现国家大力的GDP发展。尤其是在我国,我国地大物博,人口众多,因此中国的能源消耗相对较高,所以我们有必要积极力求寻找并开发新的有力的可再生能源以支撑国家发展步伐。目下,太阳能的开发与利用趋势在我国呈上升状态,这不足为奇,而在人民日常生活中存在着各种各样的李勇太阳能的方法,例如利用太阳光热能转化来烧水、太阳能能源空调和基于太阳能供电的房子等。由此可见利用太阳能发电在我国人民的日常生活中发挥着不可或缺得重要作用。而随着时代得车轮滚滚前行,光伏发电产业也在中国取得了长足有力的发展。举个例子,当前已经用了超百座光伏发电电源基站被应用到我国西北西藏地区,这在很大程度上解决了我国偏远地区的能源紧缺的问题。依据太阳能光伏发电产业的实际运用成本统计展示,过去我国的太阳能发电成本约为 4 元 /kW·h,这和风力发电和比火力发电的成本要高一些,太阳能光伏发电的发电成本算下来是其他能源发电的 6 倍到 16 倍不等。当前,随着我国耕耘深耕太阳能发电技术,所使得太阳能发电的成本日趋下降,到了 2016 年我国的太阳能发电成本降低到了约为 1 元 /kW·h,为我国节省了大量的资金成本,但总而言之其成本相较于其他常用能源发电还是算比较高的,日后有望再次压缩成本。

截止到2019年的6月份,我国的光伏发电能源总装机容量达到了186GW,上半年光伏发电新装11.4GW,在这之中光伏发电变电站有6.82GW,分布式占到了4.58GW。整个中国的光伏发电平均利用小时数达到了576小时,弃光率降到了为2.4%。

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