一、目的及意义

发展可再生能源和电动汽车已成为世界各国保障能源安全和节能减排的重要途径。然而光伏和风电等可再生能源具有出力波动性和间歇性特点，使得可再生能源大规模、高渗透接入电网仍存在技术障碍。另一方面，大规模电动汽车集中充电和快速充电具有不确定性和大负荷特点，将给电网的安全运行和优化调度带来困难。还有研究表明以化石能源为主的能源结构，通过电网对电动汽车充电，间接产生的碳排放量不比传统燃油汽车少。这种情况下要实现真正意义上的低碳环保和节能减排目标，一是研究可再生能源并网发电技术，提高电网对可再生能源的消纳能力；二是建立电动汽车充电设施与可再生能源发电的直接关联，通过微电网实现二者的集成利用是最有效的方式之一。^[1]

光伏发电是最常见的清洁能源, 由于受外界环境等因素的影响较大, 所以发电具有间歇性特点。为此, 需要利用储能系统组成光储充一体化电站, 以使之变为可调度的能源。在光储充一体化电站具体设计中, 一方面要兼顾电网可靠运行需求和充电站经济性运营需求, 另一方面要充分结合储能系统削峰填谷的功能, 找出最合理的用电策略, 以提高经济效益。例如, 在用电高峰时段, 可以由光伏发电或储能系统向充电站运营提供供给;在用电平谷时段, 可以由光伏发电和市电向充电站运营和储能提供供给。较弱时还能够持续供电。通常装有不同容量的储能装置，尽量保证其供电可靠性。但由于天气的不可控性和储能装置容量有限等原因，离网系统的供电可靠性并不能满足人们生活中对其的要求，所以对一些较为重要的用户，分布式光伏发电系统并网运行尤其重要。并网型分布式光伏发电系统一般安装在偏远地区重要用户或区域用电支撑地区，配置较为复杂，规模及容量也较大，几千瓦到几十兆瓦不等，如在开阔地集中建设的具有节能降耗示范意义的光伏电站。分布式光伏发电是一种很有发展前景的发电系统，转化的电能优先满足用户需求，并且就近进行并网，可以有效解决电能在升压和长距离输送中产生的损耗问题。由于可分散安装，可就地消纳，损耗较低等特点，很多发达国家都把分布式光伏发电放在优先发展的地位，例如早期德国和日本的十万屋顶计划，美国的百万屋顶计划等。随着光伏发电在电力市场的占有比例增加，集中式大容量光伏发电系统的规模也在增加但分布式光伏发电仍然占有超过50%的光伏市场^[2-4]

2. 研究的基本内容与方案

二、研究内容

1、 光储充直流微电网的系统结构 ^[5]

本毕业设计研究的分布式光伏发电与能量管理系统的结构示意图如下图一所示。上述系统由以下五个部分组成：由微电源、变换器、储能装置、直流负荷组成，图中所示的系统各个单元分别在系统中起到不同的作用，其各自的作用如下。

（见附件图1）

1) 光伏电池板

在分布式光伏发电系统中，作为系统的能量的来源，光伏板照射于板子上阳光所产生的太阳能转换成电能，是整个实验系统清洁能源的唯一来源。由于外界光照环境经常受到不确定因素的干扰，实际实验中通常使用投光灯模拟光照环境。

2) MPPT控制单元

MPPT 控制算法在不同的系统中需要承担不同的功能。在离网系统中，当此单元的输出功率大于负载能量需求和储能单元最大充电功率之和时，需要退出最大功率点来保证直流母线电压的稳定，保护负载和储能单元不会超出额定工作状态；而并网系统中，由于保证直流母线电压稳定后多余的能量可以上网，我们希望始终使光伏电池板工作在最大功率点达到对清洁能源的最大利用。但最大功率点会随外界光照和温度条件的变化而变动，所以要实时的对光伏电池板的输出电压和电流进行控制，以确保相应外界环境下光伏板工作在最大功率点。