基于直流微网的孤岛供电系统设计

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直流微电网具有易于建造、维护的特点,能够避免电能的长距离传输所带来的损耗问题,可以有效解决农村无电地区的稳定和可靠供电问题。通过在农村无电地区建造直流微电网,可以有效解决照明、社会服务、生产等多方面的社会和经济问题。本文所研究的孤岛式直流微电网由光伏发电、电池储能和DC/AC逆变器等部分组成,利用DC/AC逆变器讲光伏所产生的直流电能转换为适合交流负载使用的交流电源。为了避免光伏阵列由于太阳辐照度波动和温度变化而产生的发电功率损失问题,在光伏电源和直流母线之间采用DC-DC升压转换器进行发电功率控制。为了维持光伏系统在最大功率点的运行、提高发电效率,在供电不足的情况下文中采用增量电导算法进行了最大功率点跟踪(MPPT);当发电量大于负载用电量且储能电池充满时,光伏系统采取了限发电功率的运行模式。在考虑不同气候条件和负荷波动的情况下进行了仿真验证,仿真结果验证了所提出方法的有效性。为了实现在不同气候条件和负载条件下直流微电网的可靠和稳定运行,文中采用电池组进行能量存储。电池储能系统的充放电弥补了光伏发电功率与负载功率需求之间的差异。储能电池组采用了双向buck-boost变换器连接到微电网的直流母线,采用了电压外环电流内环的双闭环PI调节器来稳定直流微电网的母线电压,通过在不同条件下进行仿真验证,说明了本文所提方法的有效性。由于大量的用户电器采用交流供电的方式,直流微网通过DC/AC逆变器将产生直流电能转换为交流电以满足负荷供电需求。DC/AC逆变器采用全桥逆变拓扑,利用单极性调制进行开关管的控制。逆变器利用交流电容电压外环、电感电流内环的双环控制进行闭环控制,通过仿真验证了所给出方法的有效性。为了避免光伏发电与储能系统所提供的功率不能满足负载功率要求时,可能导致直流微电网过负荷不能稳定运行,文中利用各支路带传感器的开关对各条支路的负荷进行检测和控制,在发电不能满足用电需求时采用了切负载的方式实现微电网的功率平衡。对不同负载进行了仿真,验证了所提方法的有效性。
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