独立运行风光互补发电系统的研究与设计

论文摘要

可再生能源的综合利用对社会经济的可持续发展和环境保护起着重要的作用。太阳能和风能作为两种应用广泛的可再生资源,在资源条件和技术应用上都具有良好的互补性。风光互补发电可弥补单独风力和太阳能发电供电可靠性低和造价高等缺点,其应用领域广泛,可用于通讯中继站、市政亮化等场合。因此对风光互补发电技术的研究具有重要的理论意义和实用价值。本文工作包括以下内容:本文首先分析风光互补发电系统结构特点和运行原理,详细阐述系统中重要组件的工作特性及其在系统中的重要作用。为后文中系统控制策略的提出和系统的设计奠定理论基础。其次,研究太阳能和风能最大功率跟踪原理及其电路实现方法,采用双输入DC-DC直流变换器来实现太阳能和风能两路输入,并同时实现最大功率跟踪的控制,结合扰动观察法给出最大功率跟踪的控制策略;采用升/降压DC-DC直流变换电路结合蓄电池三阶段充电法来实现蓄电池充放电控制,其电路结构和控制皆易于实现;根据系统直流母线判断方式,提出蓄电池能量分配的六种工作模式。然后,根据系统控制策略,基于PIC18F6720控制芯片对独立运行风光互补发电系统进行硬件电路设计,包括采样电路、充放电控制电路、驱动电路、保护电路及电源电路的设计;并给出了软件流程图,包括主程序、充放电控制子程序、太阳能和风力发电子程序及扰动观察法实现最大功率跟踪子程序等。最后建立风力发电机、太阳能电池及蓄电池的数学模型,基于SIMULINK进行了仿真研究,仿真结果证明太阳能电池具有较强非线性特性;采用模糊-PID控制对蓄电池充放电控制做了初步的仿真研究,仿真结果证明采用模糊-PID控制能有效地改善系统的动态性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的目的和意义
• 1.1.1 目的与意义
• 1.1.2 风光互补发电系统的特点
• 1.1.3 应用前景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 风能和太阳能利用现状与发展趋势
• 1.2.2 风光互补发电系统的研究现状
• 1.3 论文的主要工作
• 第二章 风光互补发电系统的构成与运行机理
• 2.1 风光互补发电系统的构成
• 2.2 风力发电机
• 2.2.1 风力机类型
• 2.2.2 风力机工作特性
• 2.2.3 发电机
• 2.3 太阳能发电
• 2.3.1 光伏阵列种类
• 2.3.2 太阳电池工作原理
• 2.3.3 光伏电池特性
• 2.4 储能装置
• 2.4.1 蓄电池工作原理
• 2.4.2 蓄电池特性参数
• 2.4.3 蓄电池工作状态
• 2.4.4 蓄电池充电控制方法
• 第三章 独立运行风光互补发电系统控制策略
• 3.1 最大功率跟踪（MPPT）原理
• 3.1.1 太阳能发电MPPT原理
• 3.1.2 风力发电MPPT原理
• 3.2 MPPT的电路实现
• 3.3 基于DC-DC变换器的最大功率跟踪控制策略
• 3.3.1 MPPT常用方法
• 3.3.2 太阳能发电MPPT控制策略
• 3.3.3 风力发电MPPT控制策略
• 3.4 蓄电池充放电的能量管理
• 3.4.1 蓄电池充电的控制策略
• 3.4.2 蓄电池充放电系统电路实现及控制策略
• 3.4.3 独立运行风光互补发电系统能量管理
• 第四章 独立运行风光互补发电系统的设计
• 4.1 硬件电路
• 4.1.1 控制芯片
• 4.1.2 电压反馈电路
• 4.1.3 电流反馈电路
• 4.1.4 充放电控制电路
• 4.1.5 驱动电路
• 4.1.6 保护电路
• 4.1.7 辅助电源电路
• 4.2 软件设计
• 4.2.1 主程序
• 4.2.2 蓄电池充放电系统程序
• 4.2.3 太阳能发电系统程序
• 4.2.4 风力发电系统子程序
• 4.2.5 扰动观察法子程序
• 第五章 风光互补发电系统的建模与仿真
• 5.1 风力发电机建模与仿真
• 5.1.1 风力机模型
• 5.1.2 风力发电机仿真
• 5.2 太阳能电池数学模型及仿真
• 5.3 蓄电池模型
• 5.4 模糊-PID充电控制系统的建模
• 5.5 充电控制系统的仿真
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢