混合储能系统在独立光伏发电系统功率平衡中的应用

摘要:提出了将能量密度大、环境友好的磷酸铁锂电池和功率密度高、循环使用寿命长的超级电容组合,构成混合储能系统应用于独立光伏发电系统。以优化系统可靠性及运行状态为目标,设计了控制结构和控制方式。对系统进行仿真分析,结果表明,在光伏电池输出功率存在波动且负载发生脉动的情况下,储能系统能迅速平衡系统瞬时功率,维持系统可靠运行。
关键词:独立光伏发电系统;混合储能;功率平衡;运行状
态优化
引言
独立光伏发电系统一般以蓄电池为储能装置[1-3],但蓄电池具有循环使用寿命短、功率密度低、维护量大等缺点,降低了整个系统的可靠性。根据目前的储能技术发展水平,还没有一种储能设备可以完全克服蓄电池的这些缺点,特别是功率密度和能量密度难以两全,所以混合储能系统成为研究热点[4-6]。其中2 级混合储能方案研究较多,如蓄电池和超级电容的组合[7]。
考虑光伏发电系统具有绿色与环保的特点,其储能装置的材料也应当具备一定的环保性。为此,本文选择能量密度大、环境友好的磷酸铁锂电池(LiFePO4 Battery)和功率密度大、环境友好的超级电容(super capacitor,SC)组合,实现独立光伏发电系统运行状态和可靠性优化的目标。磷酸铁锂电池和超级电容都属于新型储能设备,代表了未来储能技术发展的方向,十分具有研究意义[8-9]。磷酸铁锂电池能量密度较大,作为系统的长期储能设备,储存光伏电池板(photovoltaicarrays)发出的多余能量,或在光伏电池输出功率较小的时候,向负载提供能量;而SC 功率密度高,可达5 000 W/kg[9],作为短期储能设备来调节系统的即时变化功率。
本文将详细分析混合储能系统的构成及拓扑结构,给出光伏电池板、磷酸铁锂电池和SC 这3 个能量单元的电路模型,根据控制目标设计系统的控制结构和控制方式,并对系统进行仿真分析,得出相应时段光伏电池板输出功率的变化曲线,并观察储能装置吸收功率状态及直流母线电压的变化情况,以分析混合储能系统在平衡系统功率、优化系统运行状态和提高系统可靠性方面的应用效果。

摘要:提出了将能量密度大、环境友好的磷酸铁锂电池和功率密度高、循环使用寿命长的超级电容组合,构成混合储能系统应用于独立光伏发电系统。以优化系统可靠性及运行状态为目标,设计了控制结构和控制方式。对系统进行仿真分析,结果表明,在光伏电池输出功率存在波动且负载发生脉动的情况下,储能系统能迅速平衡系统瞬时功率,维持系统可靠运行。
关键词:独立光伏发电系统;混合储能;功率平衡;运行状
态优化
引言
独立光伏发电系统一般以蓄电池为储能装置[1-3],但蓄电池具有循环使用寿命短、功率密度低、维护量大等缺点,降低了整个系统的可靠性。根据目前的储能技术发展水平,还没有一种储能设备可以完全克服蓄电池的这些缺点,特别是功率密度和能量密度难以两全,所以混合储能系统成为研究热点[4-6]。其中2 级混合储能方案研究较多,如蓄电池和超级电容的组合[7]。
考虑光伏发电系统具有绿色与环保的特点,其储能装置的材料也应当具备一定的环保性。为此,本文选择能量密度大、环境友好的磷酸铁锂电池(LiFePO4 Battery)和功率密度大、环境友好的超级电容(super capacitor,SC)组合,实现独立光伏发电系统运行状态和可靠性优化的目标。磷酸铁锂电池和超级电容都属于新型储能设备,代表了未来储能技术发展的方向,十分具有研究意义[8-9]。磷酸铁锂电池能量密度较大,作为系统的长期储能设备,储存光伏电池板(photovoltaicarrays)发出的多余能量,或在光伏电池输出功率较小的时候,向负载提供能量;而SC 功率密度高,可达5 000 W/kg[9],作为短期储能设备来调节系统的即时变化功率。
本文将详细分析混合储能系统的构成及拓扑结构,给出光伏电池板、磷酸铁锂电池和SC 这3 个能量单元的电路模型,根据控制目标设计系统的控制结构和控制方式,并对系统进行仿真分析,得出相应时段光伏电池板输出功率的变化曲线,并观察储能装置吸收功率状态及直流母线电压的变化情况,以分析混合储能系统在平衡系统功率、优化系统运行状态和提高系统可靠性方面的应用效果。

混合储能系统在独立光伏发电系统功率平衡中的应用

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