摘 要

随着新能源发电技术的迅猛发展的同时，新能源大规模发电也受到很多因素的限制，其中光伏发电以及风力发电技术存在的随机性与波动性是众多因素中的主要部分。为了解决这个限制，研究表明，可以利用储能技术与微网系统相互配合，为电网系统提供电能。全钒液流电池是一种新型的储能电池，具有比其他电池更好的储能性能与响应速度，在微网中应用非常的广泛，效果也是很显著，前景也是一片大好。本文主要是以全钒液流电池作为储能单元然后将其应用到整个并网系统中，辅助电网的工作，为此，开展了以下的工作：

首先介绍了全钒液流电池以及微电网的国内外研究现状，分析了储能技术在新能源并网系统中的重要作用，结合全钒液流电池在应用方面的优势，分析了全钒液流电池在微电网应用中的可行性。

介绍了全钒液流电池的工作原理，建立了全钒液流电池的电气模型，在Matlab/simulink中搭建了全钒液流电池的模型，然后对电池的充放电特性进行了仿真分析。介绍了微源逆变器的三种控制方式，恒功率控制，恒电压/恒频率控制，下垂控制。

双向变流器是储能系统和电网之间的连接枢纽，双向变流器的设计影响着整个系统的稳定和安全，本文设计的是三相全桥电压型整流器。首先分析了VSR的基本结构和工作原理，然后分别在三相静止坐标系和两相旋转坐标系中建立了VSR的数学模型，然后对不同运行模式下提出了不同的控制策略。最后利用Matlab搭建仿真模型，来验证设计方案及控制策略的可行性。

关键词：全钒液流电池 ；微电网；微源逆变器；三相全桥电压型整流器

Abstract

With the rapid development of new energy power generation technology at the same time, large-scale power generation of new energy is also subject to many factors, including photovoltaic power generation and wind power technology exists randomness and volatility is the main part of many factors. In order to solve this limitation, studies have shown that energy storage technology can be used with the micro-network system to provide power for the grid system. Vanadium Redox Battery is a new type of energy storage battery, with better performance and response speed than other batteries in the micro-network application is very wide, the effect is very significant, the prospect is also a great. In this paper, Vanadium Redox Battery as a storage unit and then applied to the entire network system, the auxiliary power grid work, to this end, carried out the following work:

Firstly, the research status of Vanadium Redox Battery and microgrid is introduced, and the important role of energy storage technology in new energy grid connection system is analyzed. Combined with the advantages of Vanadium Redox Battery in the application, Feasibility of Floating Battery in Microgrid Application.

The working principle of the Vanadium Redox Battery is introduced. The electrical model of the Vanadium Redox Battery is established. The model of the Vanadium Redox Battery is built in Matlab / simulink, and then the charge and discharge characteristics of the battery are simulated and analyzed. Three kinds of control modes, constant power control, constant voltage / constant frequency control and droop control are introduced.

The bidirectional converter is the connection hub between the energy storage system and the power grid. The design of the bidirectional converter affects the stability and safety of the whole system. This paper designs a three-phase full-bridge voltage rectifier. Firstly, the basic structure and working principle of VSR are analyzed. Then, the mathematical model of VSR is established in three - phase stationary coordinate system and two - phase rotating coordinate system, and then different control strategies are put forward under different operation modes. Finally, we use Matlab to build simulation model to verify the feasibility of design scheme and control strategy.

Key words:Vanadium Redox Battery; microgrid; micro-source inverter; three-phase full-bridge voltage rectifier

目录

第1章 绪论 1

1.1 选题的目的和意义 1

1.2 国内外全钒液流电池的研究现状 1

1.2.1 VRB发展史 1

1.2.2 VRB研究现状 3

1.2.3不同电池对比及VRB国内形势分析 3

1.3新能源并网运行面临的问题及研究现状 4

1.4储能系统在新能源并网中的作用 5

1.5论文的主要内容 6

第2章 全钒液流电池的工作原理和数学模型 7

2.1全钒液流电池的工作原理 7

2.2 全钒液流电池主要技术特点 8

2.3 全钒液流电池的数学模型 9

2.4充放电特性仿真 13

2.5本章小结 15

第3章 微源逆变器的控制方法 16

3.1 PQ控制 16

3.2 V/f控制 17

3.3下垂控制 19

3.4本章小结 20

第4章 双向变流器的设计 21

4.1储能变流器的主要功能和基本结构 21

4.2 PWM整流器的基本原理 23

4.3 PWM整流器的数学模型 25

4.4控制方案的设计 28

4.4.1 联网控制运行 29

4.4.2孤岛运行控制 31

4.4.3 联网-孤岛模式切换 32

4.5锁相环应用在微电网控制中的研究 32

4.6 本章小结 33

第5章 系统主电路参数的设计 34

5.1滤波电路的参数设计 34

5.2变压器的选择 35

5.3开关器件的选择 37

5.4 本章小结 39

第6章 仿真部分 40

6.1 并网PQ控制部分仿真 40

6.2 孤岛V/f控制部分仿真 41

总结 44

参考文献 45

致谢 47

第1章 绪论

1.1 选题的目的和意义

随着科学技术的发展，人们的生活得到了很大的提高，同时生活用电量和工业用电量不断增大，尤其是在夏季，华东和华南地域电力难以长时间继续供给，经常会出现限电的状况，给居民的生活造成了很大的困扰。另一个方面，传统的发电模式，比如水力发电、火力发电等，这些发电方式的发电量随着技术的不断革新，日趋饱和，除了核电之外，很难有发展[^[1]]。国家现在开始在新能源领域加大研究的力度。近几年来电力系统的发展也是相当的迅速，但是用电量的提高，电网在运行时的稳定和安全性都有所下降，很容易会发生各种难以预料的故障。还有因为距离的因素导致用户在接受到电网所提供的电能时收到的电能质量很差，人们的生活因而也遭到必然的影响。这样的情况下传统的电网在投资和收益方面的比例也在日益的变化，投资越来越大，收益却没有想象中的提高。在这样严峻的形式面前，慢慢地经过改良研究，出现了微网。微电网有很多的组成部分组成，其中储能系统在微电网中的应用对微电网的发展起着无可替代的作用。

微电网在运行可以独立为用户供电也可以配合大电网工作，这个特性提高了电网在供电的时候的可靠性。微网在面对各种环境变化的时候，具有很快速的反应能力，满足用户的用电需求[^[2]]。而且微网提供的电能总量还是比较可观的，可以单独地提供一个地区的用电需求。我国目前城市化的水平虽说在快速的发展，但是农村地区还是比较落后的，农村地区一般自然环境比较糟糕，在线路供电的时候容易经常发生故障，很难在一定程度上保证农村地区的电能质量，但是微电网的出现就派上用场了，在用电负荷比较集中的地方建设微电网供电系统，同时里面配有储能系统的协助，即使在停电的状态下，储能系统也能为所需要的用电负荷提供支持，在根本上保障了用户的基本生活要求。由此可以看出，储能系统在微网中的发展前景一片大好。

1.2 国内外全钒液流电池的研究现状

1.2.1 VRB发展史

跟锂离子电池相比较，全钒液流电池的历史要简略很多，把全钒液流电池的历史发展过程分为三个阶段：