摘 要

能源是推动人类文明进步的动力，随着传统化石燃料的巨大消耗和环境污染情况的严峻，以太阳能为代表的可再生能源引起人们注意，世界各国大力发展光伏发电系统。但是光伏发电容易受环境影响，输出功率有间歇性和波动大的特点，这不利于光伏发电的推广。在光伏发电系统中加入储能单元可以解决系统输出功率不稳定问题。本文对光伏储能系统进行分析，对并、离网控制进行了一些研究。

首先，介绍了光伏储能系统的构成，确定了要使用的结构，分析了逆变器工作原理和数学表达式以及光伏储能系统的控制策略，确定了并网控制有功和无功，离网控制负载电压和频率的方法。其次，构建光伏储能系统的数学模型，研究了光伏电池的电压、温度、光照和功率之间的关系，简单介绍了光伏单元扰动观察控制的原理，确定了蓄电池单元使用的双向Buck-Boost变换器的工作原理和控制方法。再次，在Simulink平台中搭建了光储系统仿真模型，分析了仅离网、仅并网和并离网切换运行模式下的仿真波形，验证了使用的控制策略的可行性，能够实现并、离网的切换。

关键词：光伏储能；双向DC/DC；逆变器；并网；离网

Abstract

Energy is the impetus for the progress of anthropic civilization. With the vast consumption of traditional fossil fuels and severe environmental pollution, renewable energy sources represented by solar energy has attracted people's attention. Various countries in the world strive to develop photovoltaic power generation systems. However, photovoltaic power generation is easily influenced by the environment, and its output power is characterized by intermittent and large fluctuation, which goes against the generalization of photovoltaic power generation. Adding energy storage units into the photovoltaic power generation system can solve the problems of unstable output power of the system. In this paper, the photovoltaic energy storage system is analyzed, and the parallel and off-grid control are studied.

Firstly, the constitution of photovoltaic energy storage system is introduced, and the structure to be used is determined, the working principle and mathematical expression of the inverter are analyzed, as well as the control strategy of photovoltaic energy storage system, and the methods of grid-connected control of active and reactive power and off-grid control of load voltage and frequency are determined. Secondly, the mathematical model of photovoltaic energy storage system is built ,and the relationship between the voltage , temperature, illumination and power of photovoltaic cells are studied, briefly introduce the principle of disturbance observation and control of photovoltaic cells, and the working principle and control method of the bidirectional Buck-Boost converter used in the battery unit are determined. Thirdly, the optical storage system simulation model was built in Simulink platform, and the simulation waveform of off-grid only, grid-only and off-grid switching operation modes is analyzed, which verified the feasibility of the proposed control strategy and enabled the switch of parallel and off-grid

Key Words: Photovoltaic energy storage；Bi-directional DC/DC converter；Inverter；Grid connection；Off-grid

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3本文的主要研究内容 3

第2章 光伏储能系统的工作原理及控制策略 4

2.1 光伏储能系统构成 4

2.2 光伏储能系统逆变器工作原理 4

2.3 光伏储能系统的控制策略 6

2.3.1 PQ控制 6

2.3.2 VF控制 7

2.4 本章小结 7

第3章 光伏储能系统建模 8

3.1 光伏系统数学模型 8

3.1.1 光伏电池 8

3.1.2 最大功率跟踪控制 10

3.2 储能系统数学模型 11

3.3 本章小结 11

第4章 光伏储能系统并离网控制仿真分析 13

4.1 并网仿真分析 13

4.2 离网仿真分析 14

4.3 并离网无缝切换仿真分析 16

4.4 本章小结 22

第5章 总结及展望 23

5.1 全文总结 23

5.2 课题展望 23

参考文献 25

致谢 26

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

工业生产建设和居民生活需要大量电能，而且需求量不断增加，火力发电需要消耗大量不可再生能源，其他可替代能源发电应用受到越来越多的关注。在众多可再生能源中，太阳能因为分布范围广、容易使用、能量大而受到很多国家的重视，具有很大开发价值。

太阳能的开发利用途径中用的比较多的是用光伏电池把太阳能转化为电能，然后供用电设备使用。光伏发电过程中不存在巨大动能，无噪声，不排放废气、废水，而且设备发电能源利用效率较高，设备安装简单，可以分布式安装在离群众活动区域近的地方，发电后可以就近供电，也可以并网远距离输送。光伏发电具有很多火力发电、水力发电不具备的优点，已经成为可再生能源中重点研究对象之一。集中式并网光伏发电站是集中建设光伏阵列，发电功率大，可以利用太阳能的时间分布特性和储能技术，起到削峰填谷、补偿电网无功等作用^[1]，但是占地面积广，离负荷远。分布式光伏发电不受占地面积限制，建设周期短，能够减少用户距高压电网远而引起电网电压的损耗，而且能够起到适当降低电网建设规模，从而降低大规模电网工作中发生事故概率的作用。光伏发电具有很多的优点，但是与常规能源不同的是，光伏电池不能像蓄电池一样储存电能，光伏发电容易受到光照、温度影响，输出功率呈现波动性和间歇性 ^[2]，光伏电池输出电压也会影响其输出功率。要提高光伏发电的经济收益，光伏发电系统一般需要并入电网运行，对于电网，光伏发电相当于随机的扰动源，功率波动很大，这种波动较大的功率流入电网将会给电网保证电能质量带来麻烦^[3]，而在离网运行时，光伏发电系统很难依靠自身调节输出跟踪负载的功率需求，难以满足负载对供电电压、频率稳定的要求，这些因素限制了光伏发电的扩大使用。

为了解决光伏发电因环境影响而间歇工作导致的输出功率断续、波动大等问题，在光伏发电系统中使用储能技术构成光伏储能系统。储能单元同时具有充电和放电的功能，并且支持充电和放电两种工作模式的自动切换，通过吸收和释放瞬时冲击功率来平衡系统的输出功率。而且含有储能单元的光伏发电系统具有较强的主动性，具有多种的能量传输方式，满足多样化的用电需求。储能技术的进步对光伏储能系统的推广发展具有非常大的促进作用。