离网型风光互补发电系统设计与实现

论文摘要

随着人类经济和科技的飞速发展,人们对能源的需求量也与日俱增。能源和环境问题是影响经济发展的重要因素。人类在不断开发利用新能源中摸索前进。开发利用新能源是本世纪能源发展战略的基本选择。风光互补发电系统弥补了单独风电系统或光伏系统的不足,保证了供电的可靠性与稳定性,且系统性能价格合理,技术方案可行。因此,风光互补发电系统的研究具有重要理论意义与应用价值。本文设计了风光互补发电系统的总体结构,深入分析了风力发电机工作特性、光伏阵列工作原理以及蓄电池充放电控制原理；针对运行中风机低压充电的问题,研究了DC/DC变换器的结构及工作机理,在此基础上基于模糊控制,提出了太阳能板、风机的最大功率点跟踪控制策略,设计了蓄电池充放电控制策略和能量调度策略,从而实现系统运行的最小成本。根据所提出的控制策略,设计了风光互补控制器,实现了硬件电路和系统软件设计。在完成的硬件电路设计中,包括单片机及外围电路、信号检测电路、PWM波产生电路、MOSFET驱动电路、保护电路、以及通讯模块电路等；软件部分包括蓄电池充放电程序设计、风力发电机与太阳能板最大功率跟踪程序设计以及人机界面程序设计等。最后,根据设计方案,开发完成了产品的样机,并进行了实验研究。相关实验结果表明,本文提出的风光互补发电系统的总体思路、控制策略及硬件电路和软件设计方案合理可行,是具有很强大实用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 能源问题
• 1.1.2 新能源的开发利用
• 1.2 风光互补发电系统国内外研究与应用现状
• 1.2.1 世界研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 课题研究的目的
• 1.3.1 风光互补发电的提出
• 1.3.2 课题研究的目的
• 1.4 风光互补发电的意义
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第2章 风光互补发电系统组成和工作原理
• 2.1 系统总体结构
• 2.2 风力发电机
• 2.2.1 风力发电机的类型
• 2.2.2 风力发电机的组成
• 2.2.3 风力机的工作特性
• 2.3 光伏发电
• 2.3.1 光伏电池的基本工作原理
• 2.3.2 光伏电池的等效电路
• 2.3.3 光伏电池的工作特性
• 2.4 蓄电池
• 2.4.1 蓄电池的充放电原理
• 2.4.2 蓄电池的主要参数
• 2.4.3 蓄电池的工作状态
• 2.4.4 铅酸蓄电池的主要应用领域
• 2.5 负载
• 2.6 本章小结
• 第3章 风光互补控制系统的控制策略研究
• 3.1 DC/DC变换器
• 3.1.1 Buck-Boost变换器电路拓扑
• 3.1.2 Buck-Boost电路工作原理
• 3.2 风力发电的控制策略
• 3.2.1 分析几种常见风机功率控制策略
• 3.2.2 基于模糊控制的风力发电机最大功率跟踪
• 3.3 光伏发电的最大功率跟踪
• 3.3.1 太阳能电池最大功率跟踪的原理
• 3.3.2 光伏发电常用的几种最大功率点跟踪
• 3.3.3 基于模糊控制的光伏发电系统最大功率跟踪
• 3.4 蓄电池的控制策略
• 3.4.1 蓄电池的充电控制
• 3.4.2 蓄电池的放电控制
• 3.5 风光互补发电系统的能量调度策略
• 3.6 本章小结
• 第4章 控制器的设计与实现
• 4.1 引言
• 4.2 系统硬件电路的实现
• 4.2.1 单片机及外围电路设计
• 4.2.2 信号检测电路
• 4.2.3 PWM产生电路
• 4.2.4 MOSFET驱动电路
• 4.2.5 保护电路设计
• 4.2.6 通讯模块设计
• 4.3 软件设计
• 4.3.1 主程序
• 4.3.2 蓄电池充放电系统子程序
• 4.3.3 基于模糊控制的风力发电机以及太阳能电池MPPT子程序
• 4.3.4 人机界面设计
• 4.4 系统选型
• 4.4.1 风力发电机的选择
• 4.4.2 太阳能电池板的选择
• 4.4.3 蓄电池的选择
• 4.5 系统安装运行
• 4.6 系统运行分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间参加的科研工作