【光儲充一體化充電站系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)9700字（論文）】

光儲充一體化充電站系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)目錄TOC\o"1-2"\h\u11775光儲充一體化充電站系統(tǒng) 123418第一章緒論 1193291.1研究背景及意義 1325031.2光儲充一體化國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 2212801.3論文的主要工作 424440第二章光儲充一體化的理論分析 5252612.1光伏電池的數(shù)學(xué)模型 5225982.2光伏發(fā)電的工作原理 6209932.3儲能裝置的工作原理 732432.4能量管理系統(tǒng) 8324622.5本章小結(jié) 913557第三章光儲充一體化關(guān)鍵技術(shù)分析 10215033.1最大功率點(diǎn)控制技術(shù) 10155693.2電池儲能技術(shù) 15207933.3本章小結(jié) 161365第四章光儲充一體化充電站仿真分析 17151574.1光伏發(fā)電系統(tǒng)仿真 17287774.2電池儲能系統(tǒng)仿真 2492224.3本章小結(jié) 2818546第五章結(jié)論 2912946(1)光伏單元的設(shè)計 2928275(2)儲能單元的設(shè)計 292754(3)逆變器模塊的設(shè)計 2918932(4)仿真與實(shí)驗(yàn) 29第一章緒論1.1研究背景及意義工業(yè)文明的發(fā)展腳步不斷向前，伴隨而來的除了經(jīng)濟(jì)上的繁榮以及工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，還有不斷惡劣的環(huán)境和日漸崩塌的自然生態(tài)。隨著環(huán)境污染加劇，空氣污染問題日益突出，電動汽車作為“綠色”出行工具，保有量不斷增長。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示未來五年內(nèi)電動汽車銷量將持續(xù)增長[a]。由于電動汽車充電的雙側(cè)隨機(jī)性和不可控性，若大規(guī)模分散地接入電網(wǎng)，不利于電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性，嚴(yán)重時會造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。作為一次大膽的創(chuàng)新，光儲充一體化充電站改善了的充電負(fù)荷的無規(guī)律性[b]。在光儲充一體化系統(tǒng)中，光伏單元是主要供電電源，能量儲存系統(tǒng)作為備用電源，光照強(qiáng)時儲存電能，光照不足時從能量儲存處放電，向電動汽車等負(fù)荷供給電力。能量存儲系統(tǒng)能減輕光伏電能質(zhì)量的隨機(jī)性和波動性對整個系統(tǒng)操作的影響。優(yōu)先使用光伏系統(tǒng)和能源儲存系統(tǒng)對電動汽車施加負(fù)荷進(jìn)行充電，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)孤島運(yùn)行時的自給自足，避免了電動汽車負(fù)荷直接接入大電網(wǎng)充電對電力系統(tǒng)造成強(qiáng)烈沖擊。系統(tǒng)也可在并網(wǎng)條件下與公共電網(wǎng)智能互動，不僅增加了新能源的消費(fèi)，還可以利用能源儲存系統(tǒng)來削減山峰填埋山谷，節(jié)約增加配電容量的費(fèi)用[c]。光儲充一體化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了以光伏、儲能、智能充電相互協(xié)調(diào)支撐的綠色運(yùn)行模式，具有很大的發(fā)展?jié)摿δ壳?，光儲充一體化充電站主要涉及的技術(shù)有：在最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)中，一般使用的電導(dǎo)增量、攝動觀察、恒CVT法等。此外是儲能技術(shù)，能量儲存技術(shù)分為物理儲存能量、電化學(xué)儲存能量、電磁儲存能量等，當(dāng)中常用的有鋰電池儲能、鉛酸電池儲能以及超級電容儲能等。近年來，我國的光儲充一體化充電站投資規(guī)?？焖俪掷m(xù)增長。光儲充一體化的充電站項(xiàng)目在各大城市投入使用，創(chuàng)造了電力行業(yè)新的經(jīng)濟(jì)效益增長。這種高效的集成模式將逐步向三四線城市和偏遠(yuǎn)地區(qū)延伸，作為微網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用于商業(yè)樓宇和智能化居民小區(qū)[d]。本課題的最大功率點(diǎn)追蹤技術(shù)選用的是幾項(xiàng)常用技術(shù)中的擾動觀察法，該技術(shù)中太陽能電池的輸出電壓可以穩(wěn)定地跟隨光強(qiáng)的變化[e]，且在最大功率點(diǎn)的振蕩幅度以及功率損失都小。儲能技術(shù)選擇蓄電池儲能，有安全可靠，性能價格比高，一致性好等特點(diǎn)。從綜合性能而言，蓄電池也有很大的優(yōu)勢。能量管理策略選擇并網(wǎng)運(yùn)行，系統(tǒng)的發(fā)電量在電路中徑直并到電網(wǎng)上去，使整個過程中清潔能源的并網(wǎng)發(fā)電過程能夠得到保證，并且使得光伏發(fā)電數(shù)據(jù)當(dāng)中的電峰值功率能夠得到平抑，就最終可以達(dá)到預(yù)期的頻率、電壓等各項(xiàng)數(shù)值。1.2光儲充一體化國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢1.2.1國外光伏發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀光伏發(fā)電興起已經(jīng)超過十年，剛剛興起時，在全世界形成網(wǎng)絡(luò)的太陽能發(fā)電的總裝機(jī)量在一吉瓦左右，那時預(yù)計到2020年全世界的組裝機(jī)總量為四十多吉瓦，然而僅2016年，全世界太陽能發(fā)電設(shè)備的容量新增加的就有六十多吉瓦。近些年來，全世界太陽能電池的生產(chǎn)量據(jù)統(tǒng)計平均每年增加高達(dá)近四成。2004年里的全球生產(chǎn)總量這一項(xiàng)指標(biāo)更是高達(dá)一千兆瓦之多。在本世紀(jì)光伏發(fā)電得到興起以來，發(fā)達(dá)國家們相繼制定了包括太陽能電池在內(nèi)的能源開發(fā)計劃以及相關(guān)的能源策略，而眾多發(fā)展中國家也在新能源技術(shù)方面努力提高自己的技術(shù)水平。太陽能電池的研究和生產(chǎn)在全世界都大規(guī)模地擴(kuò)大著。未來太陽能技術(shù)的發(fā)展，對未來的國際局勢走向有很大的影響。[f]1.2.2國內(nèi)電池儲能的發(fā)展現(xiàn)狀目前中國的光伏發(fā)電發(fā)張還處于嘗新階段[g]，我國的光伏發(fā)電市場主要分布在農(nóng)村及邊遠(yuǎn)地區(qū)的基礎(chǔ)建設(shè)上，例如各類太陽能燈光、太陽能通訊設(shè)備以上太陽能的工業(yè)應(yīng)用，目前我國在光伏發(fā)電的主要難題就是成本太高。在政府的扶持下，我國光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r不斷改善。目前我國的光伏產(chǎn)業(yè)前景較為樂觀，有很大的發(fā)展空間。我國政府出臺了許多新能源政策，并且著手扶持鼓勵新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，受惠于這些政策，光伏產(chǎn)業(yè)的成本漸漸下降，產(chǎn)業(yè)發(fā)展走上綠道。2019年中國上半年光伏發(fā)電設(shè)備容量七百多萬千瓦，同比增長1.3倍。下半年容量超過一千萬千瓦，與同期相比增加了近4成。中國致力于光伏發(fā)電的長遠(yuǎn)發(fā)展，制定了許多中長期發(fā)展策略。按照計劃，我國傳統(tǒng)化石能源的使用會逐年減少，并且逐年提高可再生能源的消費(fèi)比重。計劃到二十一世紀(jì)中葉的時候，我國的太陽能發(fā)電機(jī)設(shè)備容量達(dá)到兩千吉瓦的指標(biāo)，設(shè)備年發(fā)電量達(dá)到兩千六百億千瓦時的指標(biāo)，占比能夠超過全國總發(fā)電量的大概四分之一。隨著工業(yè)水平的不斷提高以及現(xiàn)代技術(shù)快速進(jìn)步，光伏發(fā)電技術(shù)中的能量轉(zhuǎn)換效率漸漸提高，因此工業(yè)成本大幅度下降，光伏發(fā)電的價格會比正常電價要來得一定程度的低?？偠灾?，光伏行業(yè)還有一些難題需要攻克，但大體上中國光伏產(chǎn)業(yè)總體發(fā)展軌道積極樂觀。當(dāng)前國家能源局已經(jīng)制定太陽能發(fā)電“十三五”規(guī)劃，帶來了更大更多的財政補(bǔ)貼，推動太陽能產(chǎn)業(yè)的技術(shù)發(fā)展以及水平提高，伴著大量的補(bǔ)貼策略以及大力的鼓勵扶持，這無疑是我國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展路上所正在經(jīng)歷的一個關(guān)鍵黃金上升期。1.3論文的主要工作本文主要研究學(xué)習(xí)了光伏發(fā)電的原理、光伏系統(tǒng)的建立、能系統(tǒng)的建立最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)以及逆變器控制技術(shù)的原理儲。通過學(xué)習(xí)PSCAD仿真軟件，對光儲充一體化充電站進(jìn)行仿真建模，實(shí)現(xiàn)電站的基本功能，并進(jìn)行一定程度的拓展分析。

第二章光儲充一體化的理論分析2.1光伏電池的數(shù)學(xué)模型圖2-1所示的是光伏電池的等效電路，該等效電路主要包括有一個電流源、兩個電阻：分流電阻Rsh、串聯(lián)電Rsr以及一個反并聯(lián)二極管，I和U分別是光伏電池的輸出電流以及光伏電池的輸出電壓，參考方向如圖，另外有三個電流值，Isc是光電流，Id和Ish分別是是二極管電流以及分流電阻電流[1]。圖2-1光伏電池等效電路在圖1中，根據(jù)基爾霍夫電流定律： （1） 替換得（2）其中，Isc由光照強(qiáng)度G以及光伏電池表面溫度Tc所共同求得，表達(dá)式為（3）IscR—在額定光照GR與額定溫度TcR下(GR=1kW/m2，TcR=25℃)光伏電池的短路電流；αT—太陽光照下的電流變化溫度系數(shù)(A/℃)。而式(2)中Io為太陽能電池暗電流，可表示為（4）式（4）中：IoR—額定溫度下的太陽能電池暗電流；Q—充電電荷量，通常為1.60e－19；k—波茲曼常數(shù)，通常為1.38e－23；n—二極管理想因子，如晶體硅太陽能電池可設(shè)為1.3；eg—光伏電池能帶間隙；均可在測量太陽能電池I-U曲線中當(dāng)求得以上常數(shù)。2.2光伏發(fā)電的工作原理光伏發(fā)電系統(tǒng)由光伏陣列，逆變器及其控制系統(tǒng)，濾波電路及隔離升壓電路組成，如圖2-2所示[2]。光伏陣列是由單個的太陽能板串并聯(lián)組成的，把太陽能轉(zhuǎn)變成電能輸出。逆變器是由相關(guān)的電力電子開關(guān)器件組成的，把從光伏陣列輸出的直流電逆變?yōu)榉想娋W(wǎng)要求的交流電，再經(jīng)過濾波以及相關(guān)的處理輸送到電網(wǎng)。在整個過程中還需要追蹤光伏陣列的最大功率點(diǎn)(MaximumPowerPointTracking，MPPT)[3-4]。圖2-2光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)光伏系統(tǒng)根據(jù)結(jié)構(gòu)可以劃分為兩種，一是直流母線結(jié)構(gòu)，二是交流母線結(jié)構(gòu)，直流母線結(jié)構(gòu)通常廣泛應(yīng)用于中小型光儲存發(fā)電系統(tǒng)中，其主要特點(diǎn)是能夠很容易去擴(kuò)展、控制起來比較簡單、逆變器是共用的以及成本花費(fèi)比較低等等，因?yàn)橐陨纤岬降倪@些優(yōu)勢，直流母線結(jié)構(gòu)得到廣泛的應(yīng)用。如圖2-3所示，研究者在文獻(xiàn)[5]中建立的光儲存一體化發(fā)電系統(tǒng)中使用的逆變器，采用的就是上文所說的基于直流母線的結(jié)構(gòu)。圖2-SEQ圖\*ARABIC1光儲一體化發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.3儲能裝置的工作原理儲能系統(tǒng)主要包括有兩塊，一是能量變流器，二是電池系統(tǒng)。在儲能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，儲能電池通過雙向DC/DC變換器連接至直流母線上，實(shí)現(xiàn)能量雙向傳遞的功能，而能量的流動方向由負(fù)載大小還有太陽能電池的發(fā)電特性共同決定[5]。文獻(xiàn)[6]中提到雙向升降壓變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖2-4所示，當(dāng)中濾波電容C1、C2分別在電池側(cè)和直流母線側(cè)，L為儲能電感。Udc．bat．Ref、Udc．Bat分別為直流母線的端電壓參考值以及直流母線電壓的測量值，通常將參考值設(shè)置為ref后綴；iL、iLref分別為儲能裝置側(cè)電感電流、電感電流參考值。充放電功能需要用到一種電壓電流雙閉環(huán)控制電路，使用時為了使變換器運(yùn)行在不一致的能量傳遞方向，其通過對電路中直流母線電壓以及電感電流iL進(jìn)行控制。通過對照Udc．bat．ref與Udc．Bat會得到一個誤差信號，再通過在PI調(diào)節(jié)中運(yùn)行，得到電感電流參考值iLref，再對照iLref與iL得到的誤差信號，經(jīng)過同樣的操作流程，通過PI調(diào)節(jié)器后輸出脈沖信號載波，最后使得直流母線電壓能夠平穩(wěn)輸出。儲能系統(tǒng)的充放電控制很重要，當(dāng)儲能系統(tǒng)放電時，說明的情況是光伏電池的輸出功率無法滿足負(fù)載所消耗的功率，受控電流為正方向，Buck-Boost變換器工作在Boost狀態(tài)上；當(dāng)儲能系統(tǒng)開始充電時，則說明的情況是光伏電池輸出功率仍然有余量，受控電流與上一結(jié)果相反即為反方向，Buck-Boost變換器工作在Buck狀態(tài)上。儲能系統(tǒng)在充放電狀態(tài)的受控電壓需要一直保持為直流母線電壓，使其能夠維持穩(wěn)定。圖2-4雙向升降壓變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2.4能量管理系統(tǒng)能源管理系統(tǒng)的功能眾多，例如可以通過設(shè)計，實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)控微電網(wǎng)的工作狀態(tài)、峰值截斷谷、充電放電過程等等。能量管理系統(tǒng)可以通過調(diào)制頻率、電壓等數(shù)值，實(shí)現(xiàn)電源之間的功率能夠得到平均分配，還可以實(shí)現(xiàn)孤網(wǎng)系統(tǒng)特性中的有序化、安全化以及確保持續(xù)不間斷的安全供電，但需要注意的是，這是在微網(wǎng)孤島運(yùn)行為前提條件下[7]。能量管理的系統(tǒng)的管理方式是，每日一個循環(huán)從而使能量儲存系統(tǒng)的壽命得到最大的延長；盡最大限度去消納光伏發(fā)電；盡可能使消耗的電能為平時積累電量并且盡可能工作在低耗能狀態(tài)；峰值功率要比設(shè)定值要小，從而達(dá)到降低電網(wǎng)沖擊性的目的。2.5本章小結(jié)本章先介紹了光伏陣列的數(shù)學(xué)模型，然后闡述了光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的原理以及電池儲能系統(tǒng)運(yùn)作的原理，對這兩者進(jìn)行了簡要分析，還介紹了儲能系統(tǒng)逆變技術(shù)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。最后對能量管理系統(tǒng)的運(yùn)作進(jìn)行了簡要介紹。

第三章光儲充一體化關(guān)鍵技術(shù)分析3.1最大功率點(diǎn)控制技術(shù)MPPT控制是光伏系統(tǒng)的重要技術(shù)，其目的是在多變的環(huán)境條件下自動地取得理想的最大功率點(diǎn)并使光伏系統(tǒng)工作。最大功率控制是利用對光伏陣列進(jìn)行輸出功率的不間斷檢測，再利用特定的控制方法對此刻運(yùn)行條件下的光伏陣列的功率峰值點(diǎn)進(jìn)行判斷，從而利用對阻抗、電壓及電流的控制來保證MPPT控制[8]。如此一來，盡管光強(qiáng)的改變或電池內(nèi)部結(jié)溫變化會造成的光伏陣列輸出增加或降低，然而，光伏陣列在當(dāng)前條件下的最大功率點(diǎn)操作可以提高光伏效率。最大功率點(diǎn)的功率根據(jù)（Pmpp）功率的計算公式，即為最大功率點(diǎn)電壓（Vmpp）及最大功率點(diǎn)電流（Impp）的相乘的值。光伏發(fā)電系統(tǒng)電路經(jīng)過DC/DC轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行光伏陣列的最大功率點(diǎn)控制是現(xiàn)在通常被廣泛使用的。原理框圖如下面的圖3-1所示，該框圖中光伏陣列通過變換器和電路負(fù)載連接在一起，最大功率點(diǎn)跟蹤模塊通過設(shè)計好的最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)持續(xù)監(jiān)測且跟隨光伏陣列上電壓電流的變化，并且基于此來進(jìn)行DC/DC轉(zhuǎn)換器的脈沖驅(qū)動信號占空比的變化以及調(diào)制。在線性電路中，若要使電源得到最大輸出，根據(jù)理論公式所得負(fù)載電阻的值需要與電源內(nèi)阻的值相等。下圖中的光伏電池陣列是非線性的，轉(zhuǎn)換電路也是非線性的，但通常我們認(rèn)為在極斷的時間內(nèi)，光伏電池以及轉(zhuǎn)換電路為理性狀態(tài)，都是線性的。基于以上，要想實(shí)現(xiàn)光伏電池的最大功率輸出，就需要調(diào)整轉(zhuǎn)換電路上的等效電阻，讓等效電阻的值一直保持與光伏電池內(nèi)阻的值相等，也就是所謂的實(shí)現(xiàn)對光伏電池的最大功率點(diǎn)控制。圖3-1最大功率點(diǎn)控制原理框圖光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)目前在國內(nèi)、國外都有較多的鉆研，其控制方法自然也有相當(dāng)多的研究。現(xiàn)在來看常用的最大功率點(diǎn)控制技術(shù)，主要有包括擾動觀察法（Perturb-and-observe，PAO）、電導(dǎo)增量法（IncrementalConductance，INC）、固定電壓法（ConstantVoltageTracking，CVT）、曲率增量法等等。3.1.1電導(dǎo)增量法電導(dǎo)增量法是當(dāng)前MPPT中最常見的算法之一，是基于光伏電池陣列P-V曲線的一次連續(xù)波導(dǎo)的單峰值曲線，是使用一次導(dǎo)數(shù)求出極值的方法。在最大功率點(diǎn)處其斜率=0，有：(5)即：(6)(1)當(dāng)時，則表示光伏陣列工作在光伏輸出最大功率左方，需要增加擾動值D，使工作電壓Vref；增加，從而使光伏陣列輸出功率更加靠近最大功率點(diǎn)處；(2)當(dāng)時，則表示光伏陣列工作在光伏輸出最大功率右方，需要減小擾動值D，使工作電壓Vref；降低，也使光伏陣列輸出功率更加靠近最大功率點(diǎn)處；(3)當(dāng)時，則表示光伏陣列正工作光伏輸出最大功率處，此時應(yīng)保持參考工作電壓Vref不變。電導(dǎo)增量法能夠在光照強(qiáng)度變化時，以穩(wěn)定的形式跟蹤光伏陣列輸出電壓的變化，電導(dǎo)增量法的主要優(yōu)勢在于它的振動幅度以及功率損失都相對較小。采用的電導(dǎo)增量法，其算法控制流程如圖3-2所示[9]。圖3-2電導(dǎo)增量法控制流程圖電導(dǎo)增量法的優(yōu)勢是精確度以及控制穩(wěn)定度都高，并且該算法不受功率時間曲線的影響，跟蹤的精度和速度會受檢測精度和速度的影響而稍有改變。但是它的缺點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)起來有些繁雜。使用該方法是需要注意的一點(diǎn)是，要謹(jǐn)慎增量步長的選擇。步長選擇不當(dāng)?shù)脑挘粉櫟乃俣葧虼俗兊眠^快或者過慢。3.1.2恒定電壓法在不同太陽光照條件下，光伏電池的輸出P-V曲線上的最大功率點(diǎn)電壓UM的位置大部分分布于與恒不變電壓旁邊，恒不變電壓與開路電壓有關(guān)聯(lián)。恒電壓法的控制思路是經(jīng)由該恒定不變電壓控制光伏電池的輸出電壓。兩者關(guān)系式如下：(7)CVT流程圖如下：圖3-3恒CVT法流程圖在使用這種跟蹤方法時，會把溫度施加光伏陣列的開路電壓的影響忽略不計，對精度等造成影響，因此恒CVT法的主要不足是精度太過于低，并且適應(yīng)性稍微低下。因?yàn)槠浒严到y(tǒng)的最大功率的跟蹤精度徹底寄托于電壓值的選擇，這就導(dǎo)致如果周圍的環(huán)境不再一致，實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤就會變得不可行。3.1.3擾動觀察法擾動觀察法也是當(dāng)前光伏使用的最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法之一[10-11]。本文的擾動觀察法是建立在對占空比的研究上，在對占空比進(jìn)行擾動操作后，光伏轉(zhuǎn)換器的工作點(diǎn)就會發(fā)生變化。在一定的采樣周期內(nèi)，通過采樣光伏電池的輸出電壓和輸出電流的數(shù)據(jù)得到該瞬間的輸出功率，把所得到的數(shù)據(jù)接著進(jìn)行比較操作，通過與前一時刻的電壓和功率進(jìn)行比較，能夠得到動作點(diǎn)的位置和移動路徑，并且在此基礎(chǔ)上能夠得出下一瞬間占空比的擾動方向。BOOST電路占空比公式如下：(8)根據(jù)公式當(dāng)在最大功率點(diǎn)左側(cè)時，占空比就要減??；在最大功率點(diǎn)右側(cè)時，占空比就應(yīng)該增加。PAO流程圖：圖3-4PAO法流程圖PAO法的優(yōu)點(diǎn)在于其思路不復(fù)雜，所需要的參數(shù)不多，控制回路易于模塊化，已經(jīng)較廣泛地被應(yīng)用于光伏發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤控制。不足一處為因?yàn)殡妷赫`差不可完全消除，以致在MPPT控制中會不可避免的出現(xiàn)功率損失，此外為了保證精確度和跟蹤速度必須設(shè)置合適的初值和仿真步長。3.2電池儲能技術(shù)智能電網(wǎng)中的儲能技術(shù)[12]通常分為物理儲能、電化學(xué)儲能、電磁儲能、相變儲能、化學(xué)儲能等。光伏系統(tǒng)儲能的作用如下：（1)改善系統(tǒng)平衡度，增強(qiáng)電網(wǎng)穩(wěn)定性，使新能源出力更加平滑，提高新能源并網(wǎng)的可靠性；（2)將儲能系統(tǒng)與合理的控制策略配合使用，消除新能源發(fā)電的波動性，保障新能源供電的連續(xù)性；（3)大規(guī)模靈敏的儲能系統(tǒng)應(yīng)用于電力系統(tǒng)中可在用電低谷時充電，峰荷時發(fā)電，對電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，削峰填谷，平滑用電負(fù)荷曲線。3.2.1物理儲能物理儲能主要包括有抽水儲能法、壓縮空氣儲能法、飛輪儲能法等。抽水儲能的原理是用馬達(dá)將水庫中的水由下游引至上游，并借此把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為水勢能后再轉(zhuǎn)化為電能，問題在于該儲能方法受地理、氣候的變化的影響較大。壓縮空氣儲存法的原理是把電力系統(tǒng)位于負(fù)載谷時的剩余電力利用起來，將余下的電力用于空氣壓縮，當(dāng)達(dá)到在峰值時膨脹驅(qū)動渦輪發(fā)電并釋放，借此能夠使電力系統(tǒng)的供電壓力得到減輕。飛輪儲存能量的原理是利用旋轉(zhuǎn)慣性量儲存電能，用線性馬達(dá)配合真空技術(shù)，從而達(dá)到減少摩擦的目的，大功率系統(tǒng)主要應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電和航空航天飛行。3.2.2電化學(xué)儲能電化學(xué)儲能技術(shù)[13]主要使用的是鋰電池儲能、鉛酸電池儲能和釩液流電池儲能等等。充電站的規(guī)模特點(diǎn)以及特性是占地面積比較小，瞬時功率輸出大。這就要求電池儲存能量系統(tǒng)比能高的同時所選電池的充放電性能也要好。所以充電電池就必須要有較高的容量和輸出，并且要求電池充放電循環(huán)性能好、輸出電壓穩(wěn)定、電化性能穩(wěn)定，最重要的是還要保證安全，因此要求其對環(huán)境無污染，工作溫度范圍廣，毒性不能大。鋰電池的特點(diǎn)是安全可靠，在全密封的情況下不怕火災(zāi)和爆炸，電池的周期壽命長、性能價格比高，是普通的常用材料。其擁有自動化生產(chǎn)線，使得電池產(chǎn)品的一致性得到保證。從綜合性能上來看，鋰電池綜合性能也較高，因此本課題選擇鋰電池作為光儲存一體發(fā)電站能量系統(tǒng)的電池目前是比較理想的方案。3.2.3電磁儲能電磁儲能主要包括有超導(dǎo)電池儲能和超級電容儲能。超導(dǎo)電池儲能的設(shè)計原理是，當(dāng)超導(dǎo)線圈工作在低溫惰性氣體中時，把電能儲存到其產(chǎn)生的電流磁場中，這樣的話能量密度高并且可以持續(xù)性地?zé)o損耗儲能。超級電容器是一種新型的儲能裝置，他的優(yōu)勢在于較大的能量密度以及較快的充放電速度快等。在實(shí)際應(yīng)用中，超級電容器組是復(fù)雜的串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，工程中通常采用如圖3-5所示的超級電容器串并聯(lián)形式的簡化等效模型，其中理想電容C3與等效并聯(lián)電阻R2并聯(lián)，再與等效串聯(lián)電阻電阻R1串聯(lián)[14]。圖3-5超級電容等效電路3.3本章小結(jié)本章主要介紹了最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)的原理以及電池儲能技術(shù)的原理，并闡述了最大功率跟蹤技術(shù)的分類以及各個分類的特點(diǎn)，還闡述了電池儲能技術(shù)的分類及各個分類具體有哪些電池類型及各種電池的特點(diǎn)。

第四章光儲充一體化充電站仿真分析對光儲充電站模型的光伏系統(tǒng)和儲能系統(tǒng)進(jìn)行仿真，研究光伏發(fā)電系統(tǒng)在MPPT控制策略下的輸出和儲能系統(tǒng)充放電性能的穩(wěn)定性。4.1光伏發(fā)電系統(tǒng)仿真光伏發(fā)電部分的仿真模型如下圖4-1所示，主要包括PV模塊、升壓電路部分以及逆變模塊。圖4-1光伏發(fā)電部分的仿真模型PV模塊主要是通過光伏電池串聯(lián)而成，PV陣列由PV模塊串聯(lián)和并聯(lián)構(gòu)成。在PSCAD中，光伏電源元件可以用于任何串聯(lián)或者并聯(lián)的組合。所建立的仿真中，每個陣列串聯(lián)的模塊數(shù)設(shè)置為22，每個模塊由36個光伏電池單元串聯(lián)構(gòu)成。光伏陣列是關(guān)于光照強(qiáng)度以及溫度的函數(shù)，這里設(shè)置光照強(qiáng)度為800W/m2，溫度為28℃。4.1.1系統(tǒng)仿真模型此章節(jié)對最大功率跟蹤控制的仿真基于PSCAD的MPPT元件，它的參數(shù)設(shè)置如下圖4-2所示，圖中光伏陣列短路電流的值為0.488kA，開路電壓的值為0.7kV，是在光照強(qiáng)度G=800W/m2以及溫度T=28℃的條件下所對應(yīng)的值，采樣間隔和最大電壓初始值分別設(shè)置為0.01和0.67kV，最大功率點(diǎn)跟蹤的算法設(shè)定為擾動觀察法。圖4-2光伏參數(shù)設(shè)置最大功率點(diǎn)跟蹤模塊的模型如圖4-3所示，把得到的IPV、VPV輸入到最大功率點(diǎn)跟蹤模塊，進(jìn)行最大光能的捕獲。最大功率控制模塊用的是PSCAD自帶的模塊，通過這個模塊得到最大功率點(diǎn)電壓VrefMPPT，VrefMPPT再與VPV進(jìn)行比較作差，通過比例積分（ProportionIntegration，PI）控制器得到PrefPV作為BOOST有功功率的輸入值。PI控制器的作用是控制兩個輸入，達(dá)到動態(tài)的時候快速跟隨，穩(wěn)態(tài)的時候無差的作用。圖4-3最大功率點(diǎn)跟蹤模塊BOOST電路仿真模型如下圖4-4所示，低壓側(cè)輸入為MPPT模塊輸出的最大功率點(diǎn)跟蹤功率。圖4-4BOOST電路仿真模型調(diào)制信號產(chǎn)生電路如下圖所示，Pref和輸出通過作差以及PI校正得到Ref_Boost調(diào)制信號。圖4-5調(diào)制信號產(chǎn)生電路BOOST電路IGBT觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路如下圖4-5所示。carr為三角載波信號，Ref_Boost為調(diào)制波信號，EnableBoost為始能信號，GBoost為得到的觸發(fā)脈沖信號。圖4-6觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路電壓源換流器（VoltageSourceConverter，VSC）的仿真模型如下圖所示，其有三相六個橋臂，共有六個IGBT，其功能是把直流量逆變成交流量圖4-7VSC的仿真模型逆變器的控制電路如圖4-7所示，其有兩個控制自由度，通過內(nèi)外環(huán)來控制外環(huán)的控制目標(biāo)。先通過鎖相環(huán)得到三相電壓中A相的相位theta，通過鎖到的相位對ABC三相的電壓電流進(jìn)行d、q變換，即把三相的量轉(zhuǎn)換為d、q軸上的量，方便設(shè)計控制器。有功類控制直流電壓，為1kV，無功類控制無功功率，為0.04kW。電路的外環(huán)輸出為內(nèi)環(huán)的輸入，有功和無功分別輸出d、q軸上的調(diào)制信號，再通過theta轉(zhuǎn)換回三相abc上的調(diào)制信號。調(diào)制信號與三角載波可以的到六個IGBT的關(guān)斷觸發(fā)脈沖，最后能夠做到有功直流電壓以及無功功率的控制。圖4-8逆變器的控制電路經(jīng)過逆變器控制后，主電路直接并入電網(wǎng)，如下圖所示。圖4-9電網(wǎng)模型4.2.2仿真結(jié)果與分析下圖為仿真直流電壓以及參考電壓的波形。圖4-10仿真直流電壓以及參考電壓的波形下圖為逆變裝置輸出電壓波形。圖4-11逆變裝置輸出電壓波形由以上兩圖可以看出，直流電壓基本跟隨參考電壓指令穩(wěn)定輸出在大概1kV左右，逆變器輸出電壓也能很好地跟隨參考電流，峰值為0.513kV。以下圖4-11為光伏和電網(wǎng)輸出功率的仿真波形。圖4-12光伏、電網(wǎng)輸出功率的仿真波形以下兩圖為光伏陣列的輸出電壓及電流。a.光伏陣列的輸出電壓b.光伏陣列的輸出電流圖SEQ圖\*ARABIC4-13光伏陣列的輸出電壓和輸出電流波形4.2電池儲能系統(tǒng)仿真儲能系統(tǒng)主要包括電池部分以及雙向升降壓變換器部分，儲能系統(tǒng)的仿真模型如下圖4-13所示。圖4-14儲能系統(tǒng)的仿真模型4.2.2系統(tǒng)仿真模型電池部分的功能主要是儲存能量和釋放能量，也就是充放電過程。電池由500V的電池組組成，其關(guān)鍵參數(shù)為SOC(StateOfCharge)，即充分電狀態(tài)參數(shù)，電池的仿真模型如下圖4-14所示。圖4-15電池的仿真模型升降壓電路的仿真模型如下圖4-15所示，電路的高壓側(cè)接DC，低壓側(cè)接電池。圖4-16升降壓電路的仿真模型充放電控制電路的仿真模型如下圖4-16所示，En為充放電的始能，其為0時既不充電也不放電，其為1時充放電狀態(tài)開始受mode控制，mode模塊與程序配合控制，先給定初值on為0，off為1，0和1分別對應(yīng)放電和充電的狀態(tài)，當(dāng)時間到達(dá)閾值0.3s時開始輸出