风光互补发电系统中能量平衡控制研究

论文摘要

随着人类社会的飞速发展,能源和资源的消耗速度越来越快,节约能源,保护环境已经成为人类可持续发展的必要条件,因此,风光互补发电系统的研究有着极其重要的应用意义。风光互补发电系统中的能量平衡控制主要包括两部分:一部分是光伏组件及风机对蓄电池充电时的管理;另一部分是蓄电池对负载供电时的放电管理。所以,对蓄电池充放电管理控制是整个系统的核心。为了便于研究,本文搭建了基于风光互补路灯照明系统的实验平台,详细介绍和论证整个系统的能量流动以及控制。主要的研究内容有:1、在光伏充电方面,本文提出了一种新的拓扑结构,采用电荷转移的方法实现对蓄电池的脉冲充电控制。控制电路以PIC16F873A单片机为主控芯片,通过实时检测与光伏组件并联的输入电容上的电压来控制电路中开关管的通断,从而达到对蓄电池的进行脉冲充电的目的。2、在风能充电方面,发电机采用的是小型三相永磁同步发电机,将其输出的交流电经三相整流后接风能充电控制器。风能充电控制器采用Buck-Boost变换器,以PIC16F873A单片机为主控芯片,对电路中开关管的占空比进行实时调节控制。3、蓄电池充放电管理控制部分有充电和放电两部分组成:充电时,实时检测蓄电池组的端电压及蓄电池可用电量,当低于过充电压时,正常充电,当高于过充电压时,对风光互补充电控制器进行停充控制;放电时,当蓄电池组电压低于过放电压或者可用电量不足时停止放电。硬件电路主要由日历时钟芯片DS12887和电量计两部分组成。4、为了对系统参数进行设计和显示,还设计了一个手持设备作为辅助设备。本文详细介绍了整个系统的硬件电路和相关软件设计,给出了各个组成部分的实物图和实验波形图。最后总结了本文研究的成果和创新性,并对接下来的科研方向提出了个人的一些意见和看法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 风光互补发电系统
• 1.3 风光互补发电系统中的能量平衡及实验平台
• 1.4 论文架构
• 第二章 太阳能光伏电池
• 2.1 光生伏打效应
• 2.2 光伏电池的分类及结构
• 2.2.1 光伏电池的分类
• 2.2.2 光伏电池的结构
• 2.3 光伏电池的等效电路
• 2.4 光伏电池的特性曲线
• 2.5 光伏电池的最大功率跟踪
• 2.6 本章小结
• 第三章 风力发电机
• 3.1 风力发电机原理
• 3.2 风力发电机工作特性
• 3.3 风力发电机的分类与比较
• 3.4 风力发电中的最大功率跟踪研究
• 3.5 本章小结
• 第四章 蓄电池
• 4.1 铅酸蓄电池的电化学原理
• 4.2 铅酸蓄电池的基本参数与特性
• 4.3 铅酸蓄电池的充电技术
• 4.4 铅酸蓄电池的充放电控制方法
• 4.5 铅酸蓄电池的保养和维护
• 4.6 本章小结
• 第五章 能量平衡控制研究
• 5.1 光伏组件的输出特性仿真
• 5.2 光伏充电控制器的分析与设计
• 5.2.1 光伏充电控制器的与传统充电电路的比较
• 5.2.2 光伏充电控制器的工作原理
• 5.2.3 控制电路的硬件设计
• 5.2.4 控制电路的软件设计
• 5.2.5 实验平台及实验波形
• 5.2.6 实验结果分析
• 5.3 风能充电控制器的分析与设计
• 5.3.1 风能充电控制器的控制方法
• 5.3.2 控制电路的硬件设计
• 5.3.3 控制电路的软件设计
• 5.3.4 实验平台及实验波形
• 5.3.5 实验结果分析
• 5.4 铅酸蓄电池组的充放电管理
• 5.4.1 铅酸蓄电池组的充电管理
• 5.4.2 铅酸蓄电池组的电量管理
• 5.4.3 铅酸蓄电池组的电压、电量管理硬件设计
• 5.4.4 铅酸蓄电池组的电压、电量管理软件设计
• 5.4.5 铅酸蓄电池组的放电管理
• 5.4.6 铅酸蓄电池组的放电管理硬件设计
• 5.4.7 铅酸蓄电池组的放电管理软件设计
• 5.5 辅助设备的设计
• 5.5.1 辅助设备的硬件设计
• 5.5.2 辅助设备的软件设计
• 5.6 本章小结
• 总结和展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 答辩委员会对论文的评定意见