光伏储能系统建模及控制算法分析
摘要
能源枯竭问题日益加剧，世界各国开始着眼于于新能源领域，新能源发电得以得到大力发展，然而新能源发电往往受到环境因素影响，供能不稳，接导致了新能源发电难以得到推广，通过在新能源发系统中加入储能系统可以在一定程度上解决上述问题。储能系统在光伏发电系统中起着重要作用，当前储能系统主要使用蓄电池作为储能系统的储能装置，主要用于平衡系统输出功率和负载功率间的差异。本文通过对储能系统的电路结构和控制算法进行优化，储能元件为蓄电池，蓄电池的充放电由双向DC-DC变换器控制，构建光伏储能系统，以期提高光伏供电的稳定性，改善电能质量。
关键词：光伏发电，储能系统，双向DC-DC，蓄电池
目录
TOC\o1-2\h\z\u1绪论 1
1.1光伏发展 1
1.2储能技术在光伏中的发展 3
1.3光伏储能关键技术 5
1.4工作安排 6
2光伏储能系统建模 7
2.1光伏电池 7
2.2储能元件建模与分析 10
2.3直流变流电路分析 12
2.4本章小结 16
3控制算法 17
3.1光伏电池MPPT算法 17
3.2光伏电池恒压控制 20
3.3储能单元控制 22
3.4本章小结 24
4光伏并网 25
4.1并网逆变结构 25
4.2并网逆变仿真 25
5总结 26
5.1总结 26
5.2经济性分析 26
参考文献 27
1绪论
能源问题是关乎现代社会发展的重大问题,新能源的开发势在必行，对于新能源来说,需满足自然存储量大,转化效率高,同时也需要遵循绿色可持续发展的思想。在世界各国研究人员的深入研究下,太阳能凭借其绿色环保、储量丰富的特点成受到各国能源研发部门的重点关注。经过各国专家实践与研究分析，太阳能光伏发电技术发展迅猛，已在世界各地区肉如适用，光伏发电在新能源发电领域占重要地位[]。
1.1光伏发展
1.1.1发展背景
随着全球工业化进程的发展,能源短缺问题愈发严重。近百年来，随着第二产业的发展，大量的一次能源被用于工业生产，人类的生存环境也遭到严重的破坏，现有的一次能源仅能供使用200年左右，一场能源危机即将到来。世界各国为解决能源问题，开始在新能源领域投入研究，尤其是新能源发电技术，电能是全球经济的发展的关键。为解决供电、用电问题，需寻求和开发更多新能源。
太阳能用之不尽，取之不竭，利用太阳能发电能给人类社会带来极大的便利，根据光生伏特效应实现光能向电能的转化。太阳能发电具有以下特点：①资源丰富；②绿色、环保；③不受资源分布的地域限制；④可就近发电；⑤质量高；⑥用户在感情上容易接受；⑦能源获取方便简单。不足之处是：①光伏组件占地较大；②光能的获取受到时间和环境因素影响。总而言之，太阳能，作为一种新能源，具有极高被开发的价值。
要将光伏发电真正投入实际使用，一是要提高光伏电池的光电转换效率，二是要做到太阳能光伏发电并网。?
当前，市场上可购得的太阳能电池主要有单晶硅、多晶硅和非晶硅三种。其中单晶硅电池转价格昂贵，换效率最高。而非晶硅电池价格较便宜，转换效率较低，随着生产技术的进步，非晶硅电池极有可能在未来用于一般电力生产。与此同时，实验室中的太阳电池效率要高得多，如美国国家可再生能源实验室开发的六结太阳能电池，其转换效率可达47.1%，甚至据预测，该电池转化效率甚至可超50%。
本世纪，我国光伏产业发展极为迅速，如图所1-1所示。2020年，我国光伏新增装机规模48.2GW，同比增长约60%，近几年我国年新增光伏机组均为世界第一。据估计，至2050年，我国可再生能源发电装机容量占到电力装机总容量的25%，其中光伏电站将占5%，累计装机容量预计将达到100GW[]。
图1-12017年至2020年光伏装机情况
1.1.2发展趋势
(1)光伏发电站
光伏电站的使用使光伏发电技术得到了良好的发展。光伏电站是一种用于光伏发电的设施，其直接影响发电量和能源消耗。目前，光伏发电厂大致分为分散式发电厂和集中式太阳能发电厂。分布式发电厂是电压水平恒定且单机容量不超过20000kW的太阳能发电设备，所发电能主要供给变电站附近区域。集中式太阳能发电厂的电力传输有多个阶段，设备复杂，通常包括以下步骤：首先，在转换设备中太阳能完成向电能的转换；然后，由逆变器接收转换后的电能。最后，由逆变器将这部分直流电能转换为交流电输入电网。为了保证电能在传输过程中的安全使用，必须保证各种太阳能光伏组件的正常运行。
(2)光伏建设一体化
当前，绿色环保的概念逐渐渗透到人们的思想，因此光伏发电技术越来越受欢迎，并且被越来越多的应用到了我国的建筑设计中。例如：在一大型建筑物