风光联合发电系统建模与设计

论文摘要

可再生能源的综合利用对我国社会经济的可持续发展和环境保护起着重要的作用。利用可再生能源组成独立供电系统,对解决偏远地区的供电问题具有重要意义。太阳能和风能是目前可再生能源中使用最广泛的两种能源。太阳能和风能在资源和技术方面都有着很好的互补性,实践证明风光联合供电系统是一种比较经济的发电系统,所以对风光联合发电系统的研究是非常必要的。本文以可再生能源的综合利用为指导思想,结合风能、太阳能特点,以风光联合发电系统的原理为依据,认真分析了风光联合发电系统在整个运行过程中能量产生、转换和储备各个环节的工作方式。对风光联合发电系统的各个组成部分的特性和基本原理做了分析。本文在以往小型风光互补发电系统结构的基础上,增加升压变换器,以解决小风速时发电机输出电压低,达不到蓄电池的充电电压要求,因而不能充分利用风能的问题;提高输出电压后可使系统充电的工作点提前。另外在电路结构上采用风光同时工作的模式,输出功率控制采取对风光总功率进行跟踪的策略,简化了系统电路,同时也简化了最大功率跟踪程序的流程。对系统光伏电池板、风力发电机组、蓄电池等部分建立了数学模型和电路模型。利用MATLAB/Simulink仿真工具,对风光联合发电系统进行了模型仿真。在满足负载正常供电的情况下,对系统的部件进行合理匹配是风光联合发电系统设计的关键所在。文中对系统的主要部件容量的选择作了详细的说明,并且根据天津地区的气候条件及假定的负载用电需求对小型风光联合发电系统进行了匹配计算,采用容量尽可能合适的风力发电机组和太阳能电池板,满足负载正常用电的要求。除此之外,对外围电路(驱动电路、采样电路、电源电路和信号处理电路)进行了设计。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 可再生能源的利用和发展现状
• 1.2 国内外风力发电的现状
• 1.3 国内外光伏发电现状
• 1.4 风光联合发电系统研究现状
• 1.5 课题研究的内容和所做的工作
• 第二章 资源理论与概念
• 2.1 风能
• 2.1.1 风的形成
• 2.1.2 风的特性
• 2.1.3 风能的优缺点
• 2.2 太阳能
• 2.2.1 影响因素
• 2.2.2 太阳能的优点
• 2.2.3 太阳能的缺点
• 2.3 小结
• 第三章 风光联合发电系统的原理与结构
• 3.1 系统结构
• 3.2 系统特点
• 3.3 系统组成
• 3.3.1 风力发电机组
• 3.3.2 太阳能光伏阵列
• 3.3.3 蓄电池
• 3.3.4 控制器
• 3.3.5 逆变器
• 3.3.6 卸荷器
• 3.4 小结
• 第四章 风光联合系统仿真模型建立
• 4.1 风力发电机组建模
• 4.1.1 风速的模拟
• 4.1.2 风力机特性的系统建模
• 4.1.3 永磁同步发电机模型
• 4.2 光伏阵列动态仿真建模
• 4.3 变换器及PWM模块
• 4.4 蓄电池模型
• 4.5 风光联合发电系统仿真结果
• 4.6 小结
• 第五章 系统匹配及外围电路的设计
• 5.1 系统匹配设计
• 5.1.1 负荷的计算
• 5.1.2 风力发电机容量确定
• 5.1.3 光伏电池板容量的确定
• 5.1.4 蓄电池容量的确定
• 5.2 风光联合发电系统匹配计算
• 5.2.1 确定太阳电池板各月在最佳倾角上的太阳辐射量
• 5.2.2 气温对太阳电池转换效率的修正
• 5.2.3 该地区日用电量计算
• 5.2.4 蓄电池容量的计算
• 5.2.5 匹配计算结果
• 5.3 外围电路设计
• 5.3.1 IGBT驱动电路
• 5.3.2 电源电路的设计
• 5.3.3 检测电路
• 5.3.4 信号处理电路
• 5.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录