基于直流微电网的混合储能系统.docx

本科毕业设计论文题目：基于直流微电网的混合储能系统以风电和光电为主组成的微电网系统，其输出功率具有较大的波动性和不幽定性，会导致直流母线电压产生较大的波动，在并入大电网时会造成并网功率、须率的波动，从而影响到电网的电能班垃。直流做电网中的储能装置在微网运行时起若削峰填谷、维持系统稳定的作用，直流做电网是一种可以集成太阳能发电、风力发电等多种可再生能源发电的新型电力系统，结构相比传统交流电网更荷单，控制更灵活，能够实现分布式电源的“即插即用”，其运行高效、控制简单可靠、可扩展性强，是种整合可再生能源的有效方案。因此直流微电网得到了广泛的关注。同时，混合储能系统是当前最先进的储能技术之一，它以其较高的存储效率和可靠性，以及适用于各种场景的能源管理为优点成为直流微电网中必不可少的部分。本文研究/风、光、储直流微电网，并提出r一种混合储能系统的设计方案，其中采用了超级电容和蓄电池来抑制直流母线也压的波动，提高微电网的电能质量和稳定性。首先介绍了直流微电网和混合储能系统的发展历程和基本原理，然后对微电网中各组成部分进行了数学建模.接若，提出了基于直流微电网的混合储能系统的具体设计方案。最后，在MaUab/Simu1.ink进行/并网和离网运行下的仿直实验，并得出了实眩结果,本文所设计的混合储能系统能够在并网运行时抑制并网功率的波动，提尚了并网的电能质量。在离网运行时，混合储能系统能够平滑切换，并将直流母线电压维持在稳定值，维持微电网系统的秘定运行。为推进新能源发展和智能电网应用提供了新思路和参考。关值字：直流微电网；混合健能系统；仿真设计论文类型I工程设计AbstractTheoutputpowerofthemicrogridsystemmain1.ycomposedofwindpowerandphotoe1.ectricpowerhasgreatf1.uctuationanduncertainty,whichwi1.1.1.eadtogreatf1.uctuationofDCbusvo1.tage.Whenitisincorporatedintothe1.argepowergrid,grid-connectedPOWerandfrequencywi1.1.f1.uctuate,thusaffectingthepowerqua1.ityofthegrid.T1.ieenergystoragedeviceintheDCnicrogridp1.aysaro1.einpeakingandva1.1.eyfi1.1.ingandmaintainingsystemstabi1.ityduringtheoperationofthemicrogrid.TheDCnicrogridisanewtypeofpowersystemthatcanintegrateso1.arpowergeneration,windPOwergenerationandotherrenewab1.eenergygeneration.Comparedwiththetraditiona1.CPOWergrid,thestructureissimp1.erandthecontro1.ismoref1.exib1.e,whichcanrea1.izethe"p1.ugandp1.ay"ofdistributedpowersupp1.y.Ithashighefficiency,simp1.eandre1.iab1.econtro1.,strongsca1.abi1.ity,andisaneffectiveschemeforintegratingrenewab1.eenergy.Therefore1.X?microgridhasbeenwide1.yconcerned.A1.thesametime,hybridenergystoragesystemisoneofthemostadvancedenergystoragetechno1.ogies.Ithasbecomeanindispensab1.epartofDCmicrogridwithitsadvantagesofhighstorageefficiencyandre1.iabi1.ity,aswe1.1.asenergymanagementapp1.icab1.etovariousSCenarios.Inthispaper,thewind,1.ightandDCstoragemicrogridisstudied,andahybridenergystoragesystemdesignschemeisproposed,inwhichthesupcrcapacitorandbatteryarcusedtosuppressthevo1.tagef1.uctuationofDCbus.andimprovethepowerqua1.ityandstabi1.ityofthemicrogrid.First1.y,thedeve1.opmenthistorjandbasicprincip1.eofDCmicrogridandhybridenergystoragesystemarcintroduced,andthenthemathematica1.mode1.ingofeachcomponentofmicrogridiscarriedout.Then,theconcretedesignschemeofhybridenergystoragesystembasedonDCmicrogridisproposed.Fina1.1.y,thesimu1.ationexperimentsofgrid-connectedandoff-gridoperationarcCarriCdoutinMat1.abZSiniuIink.andtheexperimenta1.resu1.tsarcobtained.Thehybridenergystoragesystemdesignedinthispapercansuppressthef1.UUuationofgrid-conncctedpowerandimprovethequa1.ityofgrid-connectedpower.Duringoff-gridoperation,thehybridenergystoragesystemcansmooth1.yswitchandmaintaintheDCbusvo1.tageatastab1.eva1.uetomaintainthestab1.eoperationofthemicrogridsystem.Itprovidesanewideaandreferenceforprono1.ingthedcvc1.op11wniofnewenergyandsmartgridapp1.ication.Keywords:DCmicrogrid;Hybridenergystoragesyste;Simu1.ationdesign摘要IAbStraCtI1.1绪论41.1 研究背景与意义41.2 国内外研究现状42直流微电网分析72.1 直流微电网结构与运行模式72.1.1 直流微电网结构72.1.2 直流微电网运行模式82.2 分布式电源82.2.1 光伏发电82.2.2 风力发电92.3 混合储能系统92.3.1 蓄电池102.3.2 超级电容器IO2.3.3 混合储能系统结构及原理IO3直流微电网模型123.1 光伏电池数学模型123.2 风力机的数学模型133.2.1 风力机的特性分析133.2.2 风力机的数学模型143.3 蓄电池模块数学模型153.4 超级电容数学模型164混合储能系统的模型与仿真174.1 并网仿真模型搭建174.2 离网仿真模型搭建22结论27参考文献29致谢311绪论11研究背景与意义经济的发展极大地促进r能源的开发和利用，然而，对以化石能源为代表的传统能源的高度依赖和过度开发，给全球带来了严址的环境问题.可再生能源技术的新突破降低了发电成本，使其在提供可持续电能方面与传统化石燃料相比具有竞争力.随着环境保护意识的提高，新能源正在迅猛发展。然而由于新能源发电十分受制于环境因素，其发出的电力具有较强的波动性、随机性和间歇性.由于新能源的迅速增长，所造成的危害也越来越明显。因此，为了更好地保障电网的安全和可持续性以及增强新能源的应用，这个问题正受到国际社会的普遍重视和深入探讨。在过去的几十年中，世界各国在电力建设上的投资主要集中在对大型集中电源、超高JK远跨度输电网络的建设上。随着电网规模的不断扩大，系统的灾杂度不断增加，超大规模系统的控制难度大、调节成本高、故障影响范围广、对环境破坏即响大等缺陷越发显现出来。因此，在电力需求持续增长、能源环境问题日益突出、用户要求不断提高以及大电网不断显露弊端的背景卜.，微电网概念孕育而生。微电网可实现能源就地供绐和消纳，能源形式搭配灵活，使得微电网的运行更加绿色虑效：同时，随着技术的飞速发展，大址先进的电力电子变换器、储能技术以及智能化等技术运用于微电网中，微电网表现出了极大的发展潜力。一般定义认为,微电网是由可再生分布式电源、负荷、储能、能量转换器以及保护控制器等模块构成，其在孤岛模式下能够完全实现自身内部能址管理，在并网模式下其可以作为大电网的可控单元参与电力系统的调节。相较于交流微电网，直流微电网无需考虑频率、系统同步以及无功功率等问题。凭借其控制简单、安全稳定、运行效率高以及可拓展性强等优点,近年来直流微电网得到快速发展.在近年来一系列政策指导下分布式电源的装机容量得到了快速增长，但实际弃风弃光率比较高，为提前再生能源的利用率，缓解直流微电网的调节难度，储能技术得到了广泛关注。1.2国内外研究现状相比于交流电网，直流电网具有更好的稳定性、更高的供电质量和能量运行效率。在光伏等分布式直潦电源的大量并网、直流负载的比重逐渐加大以及先进电力控制设备技术不断提升的背景下，直流微电网具有十分广阔的发展前景.近年来直流微电网技术的研究不断深入，在世界能围内取得了一定的成果。美国在直潦微电网的建设上处于全球前沿，2009年，美国推出了£能源与分布式系统集成项目，旨在利用一系列的政策措施和资金支持，鼓励当地更多使用可再生能源以及采取更仃效的技术手段更好地满足当前的需求，减轻大里电厂的负担。此后美国进一步加快/直潦微电网建设步伐，这些直流微电网的结构丰富多样应用场景较为丰富,市场化程度高。如2010年弗吉尼亚理工大学考虑用户侧不同需求搭建r含两级电压的直流微电网，电气设备接入电压较育的直流母线，通信等设备则接在电压较低的直流母线上，模拟了人们生产生活中的不同需求场景。2014年美国通过跨国企业与当地组织合作开始向东南亚地区推广直流微电网e日本面临其国内负荷日益增长、传统能源日益紧缺的现实问题。长期以来，加大新能源的能源占比一直是日本的发展重点，对微电网的研究开展得也比较早其主婴围绕能源多样化、低污染和用户个性化需求来定位发展目标。三菱公司将以传统燃机为主要电源的独立电力系统也划入微电网的范畴，相较于其他国家的微电网定义有所扩展，为微电网的多元化发展提供了新的研究思路。欧洲早已开始考虑如何更好地推动微电网的发展，并且在智慧电网、SUPeerid、DCC+G等项目中，欧洲积极推动直流微电网的建设，以满足环境保护、市场需求和电能安全供应的要求。这些计划和项目的实施，表明欧洲正在努力将分布式发电、电力电子、智能技术等科学技术应用到电网改革中，以实现更加可持续的发展。与其他发达国家相比，我国在微电网研究方面的进展显得落后。但随若我国能源转型步伐的加快，在相关计划的相继实施和制度优