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(duì)環(huán)境產(chǎn)生了污染。近年來(lái),光伏發(fā)電得到了世界各國(guó)的廣泛重視并取得了長(zhǎng)足發(fā)展1混儲(chǔ)系統(tǒng)的原理獨(dú)立光伏混儲(chǔ)系統(tǒng)其結(jié)構(gòu)如圖1所示。包括光伏陣列、MPPT、混儲(chǔ)器件、變換器、負(fù)荷等,光伏陣列的MPPT和混儲(chǔ)器件的變換器都連接到直流母線上,再對(duì)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(guò)MPPT對(duì)外輸出的最大功率是波動(dòng)的,直流母線電壓也會(huì)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(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用必不可少。各儲(chǔ)能器件通過(guò)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(duì)該判斷式作了進(jìn)一步化簡(jiǎn),化簡(jiǎn)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(guò)周期性的測(cè)量和比較判斷工作電壓與最大功率點(diǎn)電壓的相對(duì)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(chǔ)系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制儲(chǔ)能器件有以蓄電池為代表的能量密度型和以超級(jí)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(zhǎng)期的能量存儲(chǔ);超級(jí)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(chǔ)能技術(shù),可以充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢(shì),取長(zhǎng)補(bǔ)短,滿足性能的需求?；靸?chǔ)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制原則是:超級(jí)電容器優(yōu)先充放電,蓄電池在超級(jí)電容器荷電狀態(tài)達(dá)到一定閾值時(shí)開(kāi)始工作,以充分利用超級(jí)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(zhǎng)使用壽命;在蓄電池充放電時(shí),無(wú)法滿足快速的功率波動(dòng),超級(jí)電容器會(huì)給予瞬時(shí)的快速電能支持,穩(wěn)定直流母線電壓。將超級(jí)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(jí)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(lái)回跳變。在不同的荷電狀態(tài)區(qū)域,超級(jí)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(jí)電容器的荷電狀態(tài)處于優(yōu)先充放電區(qū)時(shí),超級(jí)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(jí)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(wú)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(chǔ)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(kāi)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(kāi)關(guān)元件的開(kāi)、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(duì)平均狀態(tài)方程引入交流小信號(hào)擾動(dòng),確定其小信號(hào)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(duì)變換器開(kāi)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(chǔ)充放電控制策略,超級(jí)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(shuō)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(chǔ)能的獨(dú)立光伏系統(tǒng)為驗(yàn)證獨(dú)立光伏混儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(duì)獨(dú)立光伏混儲(chǔ)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