小型高效风光互补电源的研究

论文摘要

在能源日趋紧张的当前,党和国家大力推行“节能减排”和“大力开发绿色新能源”的政策,本课题针对贵州偏远山区因地理条件的特殊性、用户的分散性和经济条件的相对落后所造成的电网供电困难或供电成本过高等问题,结合贵州偏远山区风能和太阳能资源不突出、用户用电功率小的特点,提出了适用于贵州山区的小型高效风光互补电源的研究思想和设计方案,研究设计出一套风光资源互补、资源利用率较高、成本较低、使用寿命长、控制简单、便于优化的风光电源系统。本系统在有效控制成本的前提下,高效地利用本地自然资源进行发电,对节能和能源开发、对解决偏远山区和小型用户的用电问题、对加速地方经济建设、对社会和谐稳定发展等都具有重要意义,其研究成果具有良好的实用价值和推广价值。本文在分析了传统风光发电系统的基础上,提出了新型的互补组合方式,设计了基于UC3842芯片PWM控制的单端正激型DC/DC转换器,并在此基础上实现了控制最为简单的恒压式(CVT)最大功率跟踪(MPPT)方式,使控制系统简单化,成本得到有效控制;同时,为了有效增大蓄电池的使用寿命,本文采用分只同时均充、分只分时检测的充放电管理方式,设计了基于L4960芯片的隔离式均充模块和基于温度补偿的分只检测模块,并在此基础上选用了性价比较高的FX系列PLC作为控制器,本文还对控制器的循检均充和检测保护两大功能进行了程序设计,并在GX Simulator中进行了循环检测的程序仿真,效果良好;为了使本设计的产品化阶段易于实现风光发电设备的优化匹配,能够收集各地风光资源情况,本文还通过对三菱FX1N系列PLC通讯协议的分析,进行了基于VB语言MSComm插件的系统通讯功能设计,使系统完成了与上位机的通讯功能,实现了风光资源数据的采集和管理,为设计成果的产品化研究提供了的理论支撑。本课题研究获得的成果有:完成了基于UC3842芯片的单端正激DC/DC变换器的设计;完成了对PLC主控制器的软硬件设计;完成了系统的附加通讯功能设计。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一章 绪论
• 1.1 能源状况
• 1.2 风、光发电的发展状况
• 1.2.1 风力发电和太阳能发电的特点
• 1.2.2 风光互补发电的提出
• 1.3 选题意义和国内外研究状况
• 1.4 课题的提出和本文主要研究内容
• 第二章 风力发电和太阳能光伏发电
• 2.1 风力发电机组
• 2.1.1 风力机的类型
• 2.1.2 风力机的特征曲线
• 2.1.3 风力发电机的组合控制方式
• 2.2 太阳能光伏电池阵列
• 2.2.1 太阳能光伏电池的工作原理
• 2.2.2 太阳能光伏电池阵列的输出特性（V-I特性）
• 2.2.3 太阳能光伏系统的最大功率控制
• 2.3 蓄电池
• 2.3.1 蓄电池的类型
• 2.3.2 铅酸蓄电池的充放电原理
• 2.3.3 铅酸蓄电池的工作特性
• 2.4 本章小结
• 第三章 风光互补电源的构成与特点
• 3.1 传统风光互补电源系统的典型结构
• 3.2 太阳能光伏电池的组合方式及其选用
• 3.2.1 太阳能光伏电池的组合方式
• 3.2.2 太阳能光伏电池的选用
• 3.3 风力发电机组的组合方式及其选用
• 3.3.1 风力发电机组的组合方式
• 3.3.2 风力发电机组的选用
• 3.4 铅酸蓄电池的充放电控制策略及选用
• 3.4.1 铅酸蓄电池的充放电控制策略
• 3.4.2 铅酸蓄电池的选用
• 3.5 小型高效风光互补电源的模块结构
• 3.6 本章小结
• 第四章 DC/DC转换电路
• 4.1 DC-DC转换电路的分类
• 4.2 DC-DC转换电路的工作原理
• 4.2.1 Buck变换电路的工作原理
• 4.2.2 Boost变换电路的工作原理
• 4.2.3 Buck-Boost变换电路的工作原理
• 4.2.4 Cuk变换电路的工作原理
• 4.2.5 隔离式DC/DC转换电路
• 4.3 风电回路DC/DC转换回路的硬件实现
• 4.3.1 变换主回路及其工作原理
• 4.3.2 开关管MOSFET的电路特性
• 4.3.3 控制电路及驱动电路
• 4.3.4 整体结构
• 4.4 DC-DC转换电路实现MPPT
• 4.5 集成DC/DC转换电路的硬件芯片介绍
• 4.5.1 L4960
• 4.5.2 L4970A
• 4.6 本章小结
• 第五章 小型高效风光互补电源控制系统的设计
• 5.1 主控制器
• 5.1.1 PLC的优势与特点
• 5.1.2 FX1N系列PLC
• 5.1.3 FX2N-4AD模拟量输入模块
• 5.2 蓄电池循检均充控制
• 5.2.1 均充模块硬件设计
• 5.2.2 分只检测硬件设计
• 5.2.3 蓄电池检测切换装置设计
• 5.2.4 温度补偿的实现
• 5.2.5 软件设计
• 5.3 系统检测与保护控制
• 5.3.1 传感器选用
• 5.3.2 软件设计
• 5.4 控制系统整体功能实现
• 5.5 本章小结
• 第六章 循环检测控制程序的仿真
• 6.1 PLC仿真软件GX SIMULATOR介绍
• 6.2 仿真与结果
• 6.3 本章小结
• 第七章 系统附加通讯功能的实现
• 7.1 三菱FX系列PLC的通讯协议
• 7.1.1 数据格式
• 7.1.2 通信命令
• 7.1.3 通信控制字符
• 7.1.4 报文格式
• 7.1.5 传输过程
• 7.1.6 地址转换
• 7.2 通讯硬件实现
• 7.3 VISUAL BASIC语言简介
• 7.4 通讯指令的VB实现
• 7.4.1 MSComm控件
• 7.4.2 通信口初始化
• 7.4.3 请求通信与确认
• 7.4.4 发送命令报文
• 7.4.5 读取应答报文
• 7.4.6 时钟控件Timer的设定
• 7.4.7 数据存储
• 7.4.8 通讯控制流程和人机界面
• 7.5 本章小结
• 第八章 总结与展望
• 致谢
• 主要参考文献
• 附录
• 图版