摘 要

本文先具体介绍了飞轮储能技术、微电网技术、光伏发电技术的相关概念和工作原理，以及分别简要说明了它们在国内外的研究现状和发展前景。然后对光伏微网进行了详细的研究，对其中微电源的输出特性进行建模和仿真分析。并在了解最大功率点跟踪控制方法后，选用扰动观察法进行仿真分析，简要将定步长和自适应步长扰动观察法对比分析。通过飞轮储能的工作原理，尝试对其建立数学模型，并在matlab软件中验证模型的合理性。最后，利用飞轮储技术来抑制光伏微网中的电压波动问题，具体解释了相关原理并进行仿真分析。

关键词：飞轮储能 光伏发电 直流微网 稳定电压

Research on Voltage Control of Photovoltaic DC Microgrid Based on Flywheel Energy Storage System

Abstract

This article first introduces the relevant concepts and working principles of flywheel energy storage technology, microgrid technology, and photovoltaic power generation technology and briefly explains their research status and development prospects at home and abroad.Then a detailed study of photovoltaic microgrids is carried out to model and simulate the output characteristics of the micro power supply.After understanding the maximum power point tracking control method, the disturbance observation method is selected for simulation analysis.Then,there is a simple comparative analysis of observation method with constant step size and adaptive step perturbation.Through the working principle of flywheel energy storage, try to establish a mathematical model and validate the rationality of the model in matlab software.Finally, use flywheel storage technology to suppress voltage fluctuations in photovoltaic microgrids, and specifically explain the relevant principles and make a simulation analysis.

Key Words:Flywheel energy storage;PV;DC microgrid;Voltage control

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1课题背景 1

1.2相关概念及国内外发展现状 1

1.2.1飞轮储能 1

1.2.2光伏发电 3

1.2.3直流微网 3

第二章 光伏微电网 5

2.1光伏电池模型 5

2.1.1光伏电池的工作原理 5

2.1.2光伏电池的数学模型 5

2.1.3光伏电池的建模仿真 7

2.2最大功率跟踪控制 13

2.2.1最大功率跟踪原理（MPPT） 13

2.2.2几种常用的MPPT算法 13

2.2.3 MTTP模型及仿真分析 14

第三章 飞轮储能系统 17

3.1基本原理 17

3.2飞轮储能系统仿真建模 18

3.2.1电机的选用 18

3.2.2充电部分 18

3.2.3放电部分 21

第四章 基于飞轮储能系统对光伏微网直流母线电压进行控制 25

4.1原理 25

4.2 PI控制 26

4.3仿真分析 27

总结 29

参考文献 30

第一章 绪论

1.1课题背景

随着社会的进步，科技的发展，有限的化石燃料越来越不能满足人类的需要。低效率，高污染已被越来越多的人贴为化石燃料的标签。许多依靠燃烧燃料进行发电的大工厂与处处追求更小更便捷的社会潮流仿佛格格不入。在对旧发电系统不断更新研究的过程中，众多依赖新能源发电的技术应运而生。其中分布式能源发电最为引人注目。

人们熟悉的高压大电网固然是当今主流的电网系统，但其并不能有效整合分布式能源发电。微电网的研究为人们提供了解决之道。与老式的熔炉发电装置相比，微电网不仅灵活高效，它还可以利用可再生能源进行工作，也就是说，绿色健康、可持续亦是它的优势之处。

光伏发电由于其无限的资源、无污染的特点，理所应当的成为微电网的首选。太阳能是少数易于使用，无污染的能源之一，并且是真正意义上的不可耗尽，它有潜力实现完美的可持续发展。然而，与众多其他新能源一样，光伏发电易受环境影响。光的强度，大气温度等是主要制约其发电的关键因素，光伏电压会随着这些因素的变化而产生较大的波动，从而影响微电网的正常工作，严重时，可能破坏对负载的供电。

因此，为了使微电网可持续稳定地供电，储能设备的设置，对光伏微电网来说十分有必要。一般的蓄电池可以满足储能和供电的要求，然而其寿命短、功率低，存在诸多不足 ，无法满足控制电压波动的问题。基于机械的而非化学的旋转飞轮储能装置为此提供了解决之道，它也被选为本文的重要研究内容，由此形成本文的课题：基于飞轮储能系统对光伏微电网电压波动进行抑制。飞轮储能的寿命长，充放电时间短，可与传统蓄电池配合使用。

1.2相关概念及国内外发展现状

1.2.1飞轮储能

飞轮储能本质是储能设备，可以利用能量转换技术和机械原理进行充放电，

从而达到储能或供电的目的。

能量转换技术的发展引起了很多关注，同样的能量存储也至关重要。储存方式的选择受储存时间，所要储存能量的数量或密度，消耗所需能量的形式以及消耗速率的变化的影响。理想的储能方案非常高效，无污染，易于安装，可靠，使用寿命长，易于维护，价格低廉，安全。但是，实际的形式和方法往往不能满足这一点。

旋转的飞轮可以以惯性的动力学形式积累和储存机械能。飞轮储能方案由以下部分组成：一个带有悬挂系统的转子，一个将能量耦合到转子的电动发电机系统，以及一个安全壳。与被使用了很多年的铅酸电池相比，飞轮储能具有以下优点：1、更高的充电和放电速率。2、光伏阵列（大约20年）相当的耐用性，这意味着更低的总体成本。在80％的放电深度下，最好的电池不会超过2000次充放电循环，而飞轮系统可以达到100000次充放电循环。3、在处理它们的时候，不易对工作人员产生危害。4、储存容量与温度波动无关，并且该装置不会因暴露于极端温度而受到伤害。性能出色的电池可在-30至65度内正常工作，而飞轮系统的工作温度已被证明可以低至-190度，高至100多度。

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