光伏发电的最优运行

光伏发电的最优运行

0石化能源的污染随着人类的发展，传统的石膏能源不仅消失，而且对环境产生了污染。近年来,光伏发电得到了世界各国的广泛重视并取得了长足发展1混储系统的原理独立光伏混储系统其结构如图1所示。包括光伏阵列、MPPT、混储器件、变换器、负荷等,光伏阵列的MPPT和混储器件的变换器都连接到直流母线上,再对负载进行可靠供电。由于外界环境辐照强度、温度的变化,光伏阵列经过MPPT对外输出的最大功率是波动的,直流母线电压也会变化。为使独立光伏发电系统运行稳定、可靠供电,储能技术的应用必不可少。各储能器件通过双向DC/DC变换器接到直流母线,利用有效控制使得能量合理地双向流通,以实现控制目标。光伏系统以最大功率输出,混储系统在满足负荷功率需求的前提下实现能量的储放。其功率平衡数学关系为:P式中,P在光伏系统以最大功率输出的前提下,混储系统在平衡功率的同时,还需稳定直流母线电压,保证光伏系统运行可靠。2照明混合系统的运行和控制2.1斜率下降时电压消失/摩擦力差电导增量法是目前实现MPPT最常用的方法之一,其基本出发点是dP/dV=0这个逻辑判断式,要追踪最大功率点,只需在斜率大于零的区域增加电压,在斜率小于零的区域减小电压,在斜率等于零或接近于零的时候电压不变即可。对该判断式作了进一步化简,化简后的判别式为:采用电导增量法的优点是避免了扰动观察法的盲目性,通过周期性的测量和比较判断工作电压与最大功率点电压的相对位置,再根据判断结果进行调整。当日照强度变化时,光伏电池的输出端电压能以平衡的方式追随其变化,该方法控制精确,响应速度比较快。2.2混合能源系统控制2.2.1混储系统协调控制储能器件有以蓄电池为代表的能量密度型和以超级电容器为代表的功率密度型。蓄电池能量密度大,但是充放电次数有限,适合长期的能量存储;超级电容器因其能够快速地吸收和释放能量,且充放电循环次数多等特点,适合为系统的电压稳定快速提供能量。利用混合储能技术,可以充分发挥两者的优势,取长补短,满足性能的需求。混储系统的协调控制原则是:超级电容器优先充放电,蓄电池在超级电容器荷电状态达到一定阈值时开始工作,以充分利用超级电容器的容量和快速充放电的特性,减少蓄电池的充放电次数,延长使用寿命;在蓄电池充放电时,无法满足快速的功率波动,超级电容器会给予瞬时的快速电能支持,稳定直流母线电压。将超级电容器的荷电状态进行区域划分,如图2所示,分别为优先充电区、高频充电区、优先放电区、高频放电区。区域间阈值采用滞环技术,避免超级电容器荷电状态在阈值上下波动时,充放电状态来回跳变。在不同的荷电状态区域,超级电容器和蓄电池进行相应的充放电控制,如图3所示。当超级电容器的荷电状态处于优先充放电区时,超级电容器独自进行控制;在荷电状态处于高频充放电区时,超级电容器进行高频的充放电,蓄电池进行低频大功率充放电。各个充放电状态在有效控制下可以实现无缝切换。U2.2.2状态空间平均模型的建立变换器实现了储能器件与直流母线的连接,起功率传输和电压调节的作用,以实现控制策略的完成。如图4所示为双向DC-DC变换器。利用状态空间平均法建立其数学模型。状态空间平均法根据独立电源、线性元件和周期性开关组成的网络拓扑,选取电感电流和电容电压作为状态变量,依照开关元件的开、关两种状态,利用时间平均,得到一个周期内的平均状态变量,对平均状态方程引入交流小信号扰动,确定其小信号传递函数,建立状态空间平均模型。双向DC-DC变换器在不同的功率流向时,存在不同的控制模型。设图4中IGBT2的占空比为D,Buck模式下,其控制模型为:Boost模式下,其控制模型为:建模后,针对变换器开环稳压的稳定性,设计相应的控制方法。为实现上述混储充放电控制策略,超级电容器采用电压外环、电流内环的控制,稳定直流母线电压,电压稳定就说明系统功率平衡,系统运行可靠;蓄电池采用带有电流前馈的电压外环、电流内环的双环控制,稳定直流母线电压的同时可优化充放电的电流,以改善蓄电池充放电的工作状态。3基于混合储能的独立光伏系统为验证独立光伏混储系统稳定运行控制的有效性,利用软件Matlab/Simulink进行仿真研究,搭建了基于混合储能的独立光伏系统。仿真参数如下:光伏阵列在标准参考条件(R=1000W/m仿真结果如图5、图6所示,P仿真分析:光伏输出最大功率P4独立光伏混储系统结构光伏是最具发展前景的可再生能源之一,但随外界环境的变化其发电的功率输出变动较大,影响了光伏发电系统的大规模发展。本文对独立光伏混储系统进行研究,建立了系统结构并就稳定运行进行分