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摘要储能装置能够保证光伏系统的供电连续性， 改善供电质量并提高可再生能源的利用率，因此对储能装置的研究具有重要意义。论文研究的对象主要是储能装置中双向DC/DC 变换器以及储能装置中能量流动的管理。 首先对光伏发电系统进行整体介绍， 选择了合适的双向 DC/DC变换器的拓扑结构并对光伏发电系统进行分析；其次，对双向 DC/DC 变换器进行拓扑分析以及参数设计来保证达到理想的工作状态。同时对双向 DC/DC变换器的控制进行设计，使得蓄电池能够完成恒流和恒压充放电；最后，根据光伏系统的运行原则制订了相应的能量管理策略，以保证太阳能电池板、蓄电池及负载之间的协调运行。同时用 Matlab/Simulink 对上面各阶段进行仿真验证分析，仿真结果验证了所设计参数和所制定的管理策略的有效性。42045
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毕业论文关键词 双向 DC/DC 变换器 蓄电池充放电 能量管理策略
Title Design of Photovoltaic System with Energy Storage
Abstract The energy storage device is good for the continuity of the energy supply. Italso can improve the quality of energy supply and the utilization of renewableenergy. It has important significance for the study of energy storage devices.The bi-directional dc/dc converter and the management of the energy flow inenergy storage device is researched in the article. It provides the overallintroduction on the photovoltaic system and chooses the appropriate topologystructure of bi-directional dc/dc converter to analyze the photovoltaic system. Thetopology of bi-directional dc/dc converter is analyzed and the parameter isdesigned to ensure the ideal working state. Making the design of control to getconstant current charging or constant voltage charging and discharging. Accordingto the operating principle of photovoltaic system to make the energy managementstrategy in order to ensure the coordinated operation between solar panels andstorage battery and load. At the same time, Matlab/Simulink is used to simulate thedifferent situation. The results of the simulation verify the effectiveness of thedesign parameters and the management strategy.
Keywords: bi-directional dc/dc converter ; Battery charging and discharging ;Energy management strategy
1绪论1
1.1课题研究的背景与意义1
1.2.1光伏发电系统的研究2
1.2.2双向DC/DC变换器的研究.4
1.2.3储能方式的研究7
1.3本文主要研究内容和工作9
2独立光伏发电系统的整体分析10
2.1独立光伏发电系统的组成10
2.2变换器拓扑结构的选择11
2.3独立光伏发电系统的整体电路及分析.12
2.4本章小结.13
3双向Buck/Boost变换器的拓扑结构分析及参数设计.14
3.1双向Buck/Boost变换器的拓扑结构分析14
3.2双向Buck/Boost变换器的参数设计16
3.3双向Buck/Boost变换器的仿真及参数验证.19
3.3.1Buck工作模式下的仿真及验证.19
3.3.2Boost工作模式下的仿真及验证24
3.4本章小结.29
4蓄电池充放电的控制.30
4.1双向Buck/Boost变换器的控制原理30
4.2恒流及恒压充电的控制设计31
4.3蓄电池充放电的仿真33
4.4本章小结.36
5储能系统能量流动管理的策略及仿真.37
5.1储能系统的运行原则37
5.2储能系统能量管理策略的制定.38
5.3能量流动的仿真分析43
5.4本章小结.50
结论51
致谢52
参考文献53
1 绪论1.1 课题研究的背景与意义能源是推动一个民族、一个国家甚至全人类发展的基础，人类的发展过程就是对能源的消耗而加以利用的过程。 从工业革命开始， 随着科技以及人口的发展，人类对化石等常规能源的需求量不断上升，地球上储备的煤炭、石油等常规资源即将被开采殆尽，能源紧缺问题已十分严重。同时，在能源紧缺的基础上，过度开采还造成了资源浪费环境污染等引起的生态失衡问题。 由于过度开发利用引起的酸雨和温室效应等环境污染问题，导致了水资源匮乏、农作物大面积减产、海平面上升、大量珍稀物种灭绝等一系列严重后果，对人类的可持续发展造成了十分严重的威胁。因此，科学、高效以及大规模地对可再生能源进行开发并利用是目前人类解决能源问题并进行可持续发展的有效途径， 是人类应该重点关注的内容。目前来说，风能和太阳能是应用最广泛的新能源。风能是指由于太阳辐射不同而造成地球上各点的受热不均匀从而引起的空气流动所产生的动能， 目前对风能进行利用的形式主要有提水、助航及发电等等，其中风力发电是目前实现风能大规模利用的主要形式。 太阳能是指由于太阳内部不断进行的核聚变过程所产生并通过光辐射的形式传递到地球表面的能量，它具有诸多优点，如没有噪声、没有污染、寿命长、地理位置受限小以及方便与各类建筑相结合增大空间利用率从而减少占地面积的使用等等，已成为 21 世纪人类关注的焦点。而且诸多可利用的新能源的来源均为太阳，因此太阳能是各类可再生能源的重要基础，也是我们人类所依赖的重要能源[1][2]。就目前而言，人类利用太阳能还处于初级的阶段，利用的主要方式是太阳能的光伏发电。 太阳能光伏发电是指通过利用太阳能电池板等类似的半导体电子器件， 有效地吸收并利用太阳光辐射能从而使之转变为电能供人类社会使用的发电方式。太阳能光伏发电的运行方式主要可以分为独立式和并入电网两种。但是就我国目前各地新能源发展的趋势以及太阳能本身的性质而言， 大规模的并网运行会带来设备的利用率降低和电力系统的运营成本快速提高等问题， 这两者与电网经济运行的原则不符合。而且我国地域辽阔，人口分布与地区发展程度严重不均匀，在一些边防岛屿、中西部大牧区和山区边远地带等地区，没有电网的存在，一般都只能采用独立式运行的太阳能光伏发电系统。因此，目前的使用情况以及未来很长一段时间内太阳能光伏的发展趋势表明， 大部分太阳能光伏发电的应用不是并入电网运行，而是以独立运行的方式运营[3-5]。然而，作为独立的光伏发电站，由于太阳能作为自然能源，具有很大的随机性、间断性和不稳定性等多个缺点，使得储能装置成为了光伏系统必不可缺少的一部分，它的作用在于进行能量管理，从而增大光伏发电的可利用性。储能装置是通过双向DC-DC 变换器对能量进行控制的，在满足光照条件下储能装置可以将光伏发电系统中供负载使用后的多余能量储存起来， 以便负载在光伏发电系统不能连续工作或者是完全停止工作的时候能够连续并平稳的运行， 从而提高电能的质量。总而言之，储能装置在光伏系统中的作用主要有：a)保证光伏系统供电连续性b)改善光伏系统供电质量 c)提高可再生能源利用率。因此， 对储能装置中双向DC/DC 变换器及其能量流动控制策略的研究具有非常重大的意义[6][7]。