多能源互补发电系统设计与实现

论文摘要

在人类的发展历史上,能源一直扮演着极其重要的角色。如今,能源危机成为了世界经济发展不可忽视的难题,这就导致了清洁能源技术的提出,世界各国都把目光投向了可再生能源。可再生能源主要指太阳能、水能、生物质能、地热能等自然能源,其特点是资源丰富,可再生,可供人类永续使用,不存在资源枯竭的问题。本文主要研究了多种能源互补发电技术,即将太阳能,风能及动能这三种可再生能源通过系统化、智能化的整合,使供电系统更具安全性、保障性和可靠性,成为一种节能、高效、环保和全天候的新型发电系统,并具有性价比高、多种能源互补、分布式控制等特点,既具有一定的理论意义,又具有较强的使用推广价值。本文给出了风、光、动能多能源互补发电系统的总体结构,对系统的各个组成部分进行了深入的分析,选择了太阳能发电装置、超低速垂直轴风力发电机,设计开发了具有自动往复机构的动能发电装置；从能量控制入手,探讨了发电系统在不同环境下的最大功率追踪技术、蓄电池充放电技术及其实现方法；综合小型化、电子化、控制集中化等特点,采用“双核”控制技术用于对系统的综合控制,设计了多能源互补控制器,有效提高了系统的可靠性和容错度；设计并实现相关软件功能,实现了多能源最大功率控制算法及“双核”控制机制。最终,将发电模块,蓄电池和控制模块等组成在一起开发并完成了一套发电系统。通过系统调试运行及稳定性测试,系统在实验室环境中达到了对风能、太阳能和动能的最大功率跟踪,使系统可以在带动负载的情况下,持续运行,达到了系统最初的设计目的,为未来在实际环境下具体应用奠定了良好的基础。在未来的可再生能源应用中,多能源互补发电是必然的发展趋势,本文设计的多能源互补发电系统作为对于未来可再生能源利用系统的有益尝试,具有一定的先进性和探索性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 能源的挑战
• 1.1.1 能源的重要作用
• 1.1.2 世界能源现状
• 1.2 可再生能源的发展
• 1.2.1 风能和太阳能的发展
• 1.2.2 风光互补发电的提出
• 1.3 本课题的研究目的与意义
• 1.4 论文研究思路及主要内容
• 第2章 多能源互补发电系统结构及工作原理
• 2.1 多能源互补发电系统的结构
• 2.1.1 多能源互补发电系统的设计目标
• 2.1.2 多能源互补发电系统的组成
• 2.2 多能源互补发电系统各模块工作原理
• 2.2.1 光伏发电部分原理
• 2.2.2 风力发电部分原理
• 2.2.3 蓄电池工作原理
• 2.2.4 动能发电装置
• 2.3 本章小结
• 第3章 多能源互补发电系统的能量控制技术
• 3.1 最大功率点跟踪技术（MAXIMUM POWER POINT TRACING-MPPT）
• 3.1.1 太阳能发电装置的MPPT算法
• 3.1.2 风力发电模块最大功率点跟踪技术
• 3.2 铅酸蓄电池充电技术
• 3.2.1 蓄电池的最佳充电曲线
• 3.2.2 蓄电池的多种充电方法
• 3.3 DC-DC电压变换技术
• 3.3.1 DC-DC转换电路的分类
• 3.3.2 DC-DC变换电路的工作原理
• 3.4 本章小结
• 第4章 系统控制器设计
• 4.1 双核控制技术
• 4.2 控制器硬件设计部分
• 4.2.1 电压电流检测
• 4.2.2 能源采集接入电路
• 4.2.3 DC-DC转换器电路
• 4.2.4 核心控制器电路
• 4.2.5 辅助通讯控制器电路
• 4.3 控制器的软件设计部分
• 4.3.1 多能源互补控制策略
• 4.3.2 核心控制器的程序设计
• 4.3.3 辅助通讯控制器的程序设计
• 4.4 上位机程序部分
• 4.5 本章小结
• 第5章 系统实现与运行分析
• 5.1 系统实现
• 5.1.1 母线电流和电压测试电路
• 5.1.2 DC-DC转换器电路
• 5.1.3 双核控制器测试电路实现
• 5.1.4 系统整体实现
• 5.2 系统运行分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢