光伏發(fā)電的最優(yōu)運(yùn)行

光伏發(fā)電的最優(yōu)運(yùn)行

0石化能源的污染隨著人類的發(fā)展，傳統(tǒng)的石膏能源不僅消失，而且對環(huán)境產(chǎn)生了污染。近年來,光伏發(fā)電得到了世界各國的廣泛重視并取得了長足發(fā)展1混儲系統(tǒng)的原理獨(dú)立光伏混儲系統(tǒng)其結(jié)構(gòu)如圖1所示。包括光伏陣列、MPPT、混儲器件、變換器、負(fù)荷等,光伏陣列的MPPT和混儲器件的變換器都連接到直流母線上,再對負(fù)載進(jìn)行可靠供電。由于外界環(huán)境輻照強(qiáng)度、溫度的變化,光伏陣列經(jīng)過MPPT對外輸出的最大功率是波動(dòng)的,直流母線電壓也會變化。為使獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠供電,儲能技術(shù)的應(yīng)用必不可少。各儲能器件通過雙向DC/DC變換器接到直流母線,利用有效控制使得能量合理地雙向流通,以實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)。光伏系統(tǒng)以最大功率輸出,混儲系統(tǒng)在滿足負(fù)荷功率需求的前提下實(shí)現(xiàn)能量的儲放。其功率平衡數(shù)學(xué)關(guān)系為:P式中,P在光伏系統(tǒng)以最大功率輸出的前提下,混儲系統(tǒng)在平衡功率的同時(shí),還需穩(wěn)定直流母線電壓,保證光伏系統(tǒng)運(yùn)行可靠。2照明混合系統(tǒng)的運(yùn)行和控制2.1斜率下降時(shí)電壓消失/摩擦力差電導(dǎo)增量法是目前實(shí)現(xiàn)MPPT最常用的方法之一,其基本出發(fā)點(diǎn)是dP/dV=0這個(gè)邏輯判斷式,要追蹤最大功率點(diǎn),只需在斜率大于零的區(qū)域增加電壓,在斜率小于零的區(qū)域減小電壓,在斜率等于零或接近于零的時(shí)候電壓不變即可。對該判斷式作了進(jìn)一步化簡,化簡后的判別式為:采用電導(dǎo)增量法的優(yōu)點(diǎn)是避免了擾動(dòng)觀察法的盲目性,通過周期性的測量和比較判斷工作電壓與最大功率點(diǎn)電壓的相對位置,再根據(jù)判斷結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)日照強(qiáng)度變化時(shí),光伏電池的輸出端電壓能以平衡的方式追隨其變化,該方法控制精確,響應(yīng)速度比較快。2.2混合能源系統(tǒng)控制2.2.1混儲系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制儲能器件有以蓄電池為代表的能量密度型和以超級電容器為代表的功率密度型。蓄電池能量密度大,但是充放電次數(shù)有限,適合長期的能量存儲;超級電容器因其能夠快速地吸收和釋放能量,且充放電循環(huán)次數(shù)多等特點(diǎn),適合為系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定快速提供能量。利用混合儲能技術(shù),可以充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢,取長補(bǔ)短,滿足性能的需求?；靸ο到y(tǒng)的協(xié)調(diào)控制原則是:超級電容器優(yōu)先充放電,蓄電池在超級電容器荷電狀態(tài)達(dá)到一定閾值時(shí)開始工作,以充分利用超級電容器的容量和快速充放電的特性,減少蓄電池的充放電次數(shù),延長使用壽命;在蓄電池充放電時(shí),無法滿足快速的功率波動(dòng),超級電容器會給予瞬時(shí)的快速電能支持,穩(wěn)定直流母線電壓。將超級電容器的荷電狀態(tài)進(jìn)行區(qū)域劃分,如圖2所示,分別為優(yōu)先充電區(qū)、高頻充電區(qū)、優(yōu)先放電區(qū)、高頻放電區(qū)。區(qū)域間閾值采用滯環(huán)技術(shù),避免超級電容器荷電狀態(tài)在閾值上下波動(dòng)時(shí),充放電狀態(tài)來回跳變。在不同的荷電狀態(tài)區(qū)域,超級電容器和蓄電池進(jìn)行相應(yīng)的充放電控制,如圖3所示。當(dāng)超級電容器的荷電狀態(tài)處于優(yōu)先充放電區(qū)時(shí),超級電容器獨(dú)自進(jìn)行控制;在荷電狀態(tài)處于高頻充放電區(qū)時(shí),超級電容器進(jìn)行高頻的充放電,蓄電池進(jìn)行低頻大功率充放電。各個(gè)充放電狀態(tài)在有效控制下可以實(shí)現(xiàn)無縫切換。U2.2.2狀態(tài)空間平均模型的建立變換器實(shí)現(xiàn)了儲能器件與直流母線的連接,起功率傳輸和電壓調(diào)節(jié)的作用,以實(shí)現(xiàn)控制策略的完成。如圖4所示為雙向DC-DC變換器。利用狀態(tài)空間平均法建立其數(shù)學(xué)模型。狀態(tài)空間平均法根據(jù)獨(dú)立電源、線性元件和周期性開關(guān)組成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?選取電感電流和電容電壓作為狀態(tài)變量,依照開關(guān)元件的開、關(guān)兩種狀態(tài),利用時(shí)間平均,得到一個(gè)周期內(nèi)的平均狀態(tài)變量,對平均狀態(tài)方程引入交流小信號擾動(dòng),確定其小信號傳遞函數(shù),建立狀態(tài)空間平均模型。雙向DC-DC變換器在不同的功率流向時(shí),存在不同的控制模型。設(shè)圖4中IGBT2的占空比為D,Buck模式下,其控制模型為:Boost模式下,其控制模型為:建模后,針對變換器開環(huán)穩(wěn)壓的穩(wěn)定性,設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制方法。為實(shí)現(xiàn)上述混儲充放電控制策略,超級電容器采用電壓外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)的控制,穩(wěn)定直流母線電壓,電壓穩(wěn)定就說明系統(tǒng)功率平衡,系統(tǒng)運(yùn)行可靠;蓄電池采用帶有電流前饋的電壓外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制,穩(wěn)定直流母線電壓的同時(shí)可優(yōu)化充放電的電流,以改善蓄電池充放電的工作狀態(tài)。3基于混合儲能的獨(dú)立光伏系統(tǒng)為驗(yàn)證獨(dú)立光伏混儲系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行控制的有效性,利用軟件Matlab/Simulink進(jìn)行仿真研究,搭建了基于混合儲能的獨(dú)立光伏系統(tǒng)。仿真參數(shù)如下:光伏陣列在標(biāo)準(zhǔn)參考條件(R=1000W/m仿真結(jié)果如圖5、圖6所示,P仿真分析:光伏輸出最大功率P4獨(dú)立光伏混儲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)光伏是最具發(fā)展前景的可再生能源之一,但隨外界環(huán)境的變化其發(fā)電的功率輸出變動(dòng)較大,影響了光伏發(fā)電系統(tǒng)的大規(guī)模發(fā)展。本文對獨(dú)立光伏混儲系統(tǒng)進(jìn)行研究,建立了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并就穩(wěn)定運(yùn)行進(jìn)行分