目 录
第一章 绪论 .................................................................................................................................... - 1 - 1.1 储能系统在微电网中的地位与作用 ................................................................................... - 1 - 1.2 微电网储能技术研究进展...................................................................................................... - 2 -
1.2.1 微网的发展概况 ............................................................................................................ - 2 -
1.2.2 微网的基本结构 ............................................................................................................ - 3 -
1.2.3 微网中的主要储能方式及特点 ................................................................................. - 4 -
1.2.3.1 蓄电池储能 .......................................................................................................... - 4 -
1.2.3.2 超导储能............................................................................................................... - 5 -
1.2.3.3 飞轮储能............................................................................................................... - 6 -
1.2.3.4 超级电容器储能................................................................................................. - 6 - 1.3 储能系统对微网的支撑作用................................................................................................. - 7 - 1.4 本文的研究内容........................................................................................................................ - 8 - 第二章 微电网蓄电池储能系统的组成及蓄电池剩余容量的判断方法 ....................... - 9 - 2.1 蓄电池的基本参数 ................................................................................................................... - 9 - 2.2 蓄电池等效电路模型............................................................................................................. - 10 - 2.3 蓄电池储能系统的组成 ........................................................................................................ - 12 -
2.3.1 蓄电池系统 ................................................................................................................... - 12 -
2.3.2 电池管理系统............................................................................................................... - 13 -
2.3.3 功率转换系统............................................................................................................... - 13 - 2.4 蓄电池剩余容量的判断方法............................................................................................... - 13 -
2.4.1 蓄电池剩余容量与端电压比较实验...................................................................... - 14 -
2.4.2 蓄电池剩余容量的判断............................................................................................. - 15 - 2.5 本章小结 ................................................................................................................................... - 16 - 第三章 蓄电池储能系统的充放电主电路分析................................................................... - 19 -
3.1 三相双向变流器主电路模型............................................................................................... - 19 -
3.1.1 双向变流器主电路选择............................................................................................. - 19 -
3.1.2 PWM变流器的工作状态........................................................................................... - 20 -
3.1.3 主电路的一般数学模型（三相静止abc坐标系模型） .................................. - 22 -
3.1.4 两相静止DQ坐标系模型 ........................................................................................ - 22 -
V
3.1.5 两相同步旋转dq坐标系模型 ................................................................................. - 23 - 3.2 PWM变流器调制方式........................................................................................................... - 25 -
3.2.1 SVPWM原理 ................................................................................................................ - 25 -
3.2.2 SVPWM与SPWM方式对比 ................................................................................... - 28 - 3.3本章小结..................................................................................................................................... - 28 - 第四章 蓄电池储能系统的整体设计方案............................................................................ - 29 -
4.1 大型储能系统的微网控制.................................................................................................... - 29 -
4.1.1 大型储能系统的构成 ................................................................................................. - 29 -
4.1.2 锁相环（PLL） ........................................................................................................... - 30 -
4.1.2.1 锁相环基本结构............................................................................................... - 30 -
4.1.2.2 三相软件锁相环............................................................................................... - 32 - 4.2 单个储能装置的并网控制（PQ控制） .......................................................................... - 34 - 4.3 单个储能装置的V/F控制 ................................................................................................... - 36 - 4.4 储能系统主电路参数设计.................................................................................................... - 38 -
4.4.1 交流侧串联滤波电感和并联滤波电阻电容（RC）参数设计 ....................... - 38 -
4.4.2 直流侧电容参数设计 ................................................................................................. - 39 - 4.5 本章小结 ................................................................................................................................... - 39 - 第五章 基于两个储能装置的微电网系统运行控制研究 ................................................ - 41 -
5.1 微电网运行规划...................................................................................................................... - 41 - 5.2 城市中微电网模拟运行仿真............................................................................................... - 42 -
5.2.1 含两个储能装置的微网并网与孤岛模式转换分析........................................... - 42 -
5.2.2 含两个储能装置的微网孤岛模式运行分析 ........................................................ - 46 - 5.3 光伏电池模型建立 ................................................................................................................. - 48 - 5.4 偏远地区微电网孤岛运行仿真 .......................................................................................... - 49 - 5.5 本章小结 ................................................................................................................................... - 52 - 第六章 结论与展望..................................................................................................................... - 53 - 参考文献 ........................................................................................................................................... - 55 - 攻读学位期间所取得的相关科研成果..................................................................................... - 59 - 致 谢 ........................................................................................................................................... - 61 -
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河北工业大学硕士学位论文
第一章 绪论
1.1 储能系统在微电网中的地位与作用
近些年，电力系统承载着全球大约80%~90%的电能输送，但随着电力系统的不断扩大和发展，电力系统的脆弱性也慢慢的显露出来。2003年美加大停电事故波及5000万人，也让许多公共交通设施停摆；2008年中国南方经历了一场50年一遇的雪灾，导致450万人在没有电的情况下生活了两个星期之久；最严重的全球大停电当属2012年印度大停电，连续两日的断电使6.7亿人受灾，同时诸多工厂停工、商业停滞以及列车中断。
造成各种大停电的主要原因是电网事故发展迅速，极易扩散，涉及面大。电力系统除了事故极易扩散这一缺点，还有也是很重要的一点，偏远地区由于远离用电密集区，如果向偏远地区拉网的话，会造成资源不必要的浪费。
为了弥补配电网的不足，各国纷纷开始研究分布式发电。分布式发电中的发电系统位于用户附近，规模小、较分散，可以独立地发出电能、热能或冷能。分布式发电与常规的集中供电电站不一样，主要优势有：1、没有或很少输配电损耗；2、位于用户附近，不需要建设配电站和变电站，节省了输配电成本；3、用户可自行控制，各电站之间相互独立，供电可靠性高；4、分布式电源多为可再生能源，大量减少了环保压力[1]。分布式发电虽然优点突出，但其单机接入成本高、控制困难。最重要的是，分布式电源会在电力系统发生故障时马上退出运行。
为了最大发挥分布式发电的优点，削弱它所带来的缺陷，微电网的概念被提出。微网是以储能系统、多个分布式发电单元等能源为核心，由一个中央能量管理器参与微电网中的电力调度，以保证微网可靠运行。微网靠近电力负荷聚集区，可以作为配电网的有益补充，当配电网出现故障时，微网就可以给那些重要负荷和敏感负荷供电，保证最基本的交通和生活，给电力系统的抢修赢得时间。其中，储能系统作为微网中必不可少的一部分，占据着很重要的地位。
首先，储能单元可以提高微网系统的稳定性。当分布式电源有多余的电力输出时，储能单元可以储存多余的能量；当用电用户增加时而分布式电源没有足够的电力输出时，储能单元就可以释放所需的电量。再者，储能还可以使得不可调度的分布式电源（由风能、太阳能等可再生能源组成的电源）作为可以与配电网并网运行的可调度机
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