光伏/燃料電池/蓄電池聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)研究

【摘要】：隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,以及能源危機(jī)和環(huán)境污染兩大問題的日益突出,新能源的開發(fā)和利用勢(shì)在必行。其中,太陽(yáng)能和氫能的研究和應(yīng)用日漸廣泛。但是太陽(yáng)能光伏發(fā)電內(nèi)在間歇問題以及較大的波動(dòng)會(huì)給其光伏發(fā)電的應(yīng)用帶來(lái)一定障礙,若將蓄電池、燃料電池和光伏電池結(jié)合,則能夠有效地消除光伏發(fā)電系統(tǒng)間歇性功率波動(dòng)的影響,提高系統(tǒng)效率 本文在進(jìn)行聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)模型建立和分析的基礎(chǔ)上,根據(jù)負(fù)載需求和具體環(huán)境特點(diǎn),提出適合在孤島、尖峰和沙漠地帶等遠(yuǎn)離電網(wǎng)覆蓋區(qū)的小規(guī)模獨(dú)立聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)控制策略,通過(guò)模擬聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)中光伏電池、燃料電池和蓄電池的匹配關(guān)系,并在此基礎(chǔ)上搭建了聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)硬件系統(tǒng)。 在滿足各電源部分的能量利用效率的基礎(chǔ)上,本文首先對(duì)系統(tǒng)母線連接方式進(jìn)行分析選擇,并根據(jù)本文所搭建系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠連續(xù)供電的需求,進(jìn)行了系統(tǒng)工作模式設(shè)定,主要包括白天模式、夜間模式和連續(xù)陰雨天模式。同時(shí)根據(jù)系統(tǒng)需求和設(shè)計(jì)原則,進(jìn)行負(fù)荷設(shè)定,并在滿足負(fù)荷需求的基礎(chǔ)上對(duì)環(huán)境氣候進(jìn)行了分析,以確保能為系統(tǒng)提供足夠能量來(lái)源。另外對(duì)光伏陣列、燃料電池、蓄電池和制氫電解器進(jìn)行了容量匹配和選型,以匹配整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)。 根據(jù)系統(tǒng)工作模式、環(huán)境條件和負(fù)荷的約束,本文提出一個(gè)針對(duì)性的能量協(xié)調(diào)控制管理策略,以實(shí)現(xiàn)各電源部分間穩(wěn)定、可靠的無(wú)縫切換。同時(shí)根據(jù)對(duì)鉛酸蓄電池的放電特性的實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析,提出一個(gè)針對(duì)本文所開發(fā)系統(tǒng)的蓄電池SOC估算規(guī)則。利用Matlab/Simulink工具對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模型搭建、控制策略實(shí)現(xiàn)和仿真分析,并根據(jù)白天模式、夜間模式、連續(xù)陰雨天模式三種模式下系統(tǒng)工作情況進(jìn)行了仿真分析,通過(guò)仿真可以得出,PFCBHPS系統(tǒng)模型能夠滿足本文所需的各種模式下為負(fù)載提供可靠而穩(wěn)定的供電需求。 為進(jìn)一步分析本文所研發(fā)的光伏／燃料電池／蓄電池聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng),本文進(jìn)行了發(fā)電系統(tǒng)硬件系統(tǒng)的搭建,采用PLC實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)多個(gè)電源供電之間的切換控制,并利用無(wú)紙記錄儀對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理。另外本文將發(fā)電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與Simulink搭建的仿真模型進(jìn)行對(duì)比分析,通過(guò)分析得到的硬件數(shù)據(jù)測(cè)量結(jié)果與仿真結(jié)果基本一致,可進(jìn)一步證明系統(tǒng)的正確性,最終完成整個(gè)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的研發(fā),實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)期為負(fù)載提供可靠、穩(wěn)定的連續(xù)電能等工作要求。 【關(guān)鍵詞】：燃料電池 光伏電池 蓄電池 聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM61
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-18
• 1.1 背景及意義11-12
• 1.2 系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀12-16
• 1.2.1 光伏發(fā)電12-13
• 1.2.2 燃料電池發(fā)電13-14
• 1.2.3 電解水制氫14-15
• 1.2.4 光伏/燃料電池/蓄電池發(fā)電系統(tǒng)15-16
• 1.3 混合供電系統(tǒng)能量控制策略16
• 1.4 本文主要工作16-18
• 第2章 PFCBHPS結(jié)構(gòu)功能分析18-23
• 2.1 系統(tǒng)總線連接方式18-20
• 2.2 供電系統(tǒng)工作模式20-22
• 2.3 本章小結(jié)22-23
• 第3章 PFCBHPS系統(tǒng)容量設(shè)計(jì)23-28
• 3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則23-24
• 3.2 系統(tǒng)配置24-27
• 3.2.1 配置條件24-25
• 3.2.2 容量匹配設(shè)計(jì)及選型25-27
• 3.3 本章小結(jié)27-28
• 第4章 PFCBHPS建模與仿真分析28-50
• 4.1 系統(tǒng)能量管理28-32
• 4.1.1 控制策略分析28-30
• 4.1.2 蓄電池SOC估算30-32
• 4.2 建模與仿真32-40
• 4.2.1 光伏電池發(fā)電模型32-33
• 4.2.2 燃料電池發(fā)電模型33-36
• 4.2.3 電解器制氫模型36
• 4.2.4 鉛酸蓄電池模型36-38
• 4.2.5 功率轉(zhuǎn)換模型38-39
• 4.2.6 聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)模型39-40
• 4.3 系統(tǒng)仿真分析40-48
• 4.4 本章小結(jié)48-50
• 第5章 硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)50-63
• 5.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具50-51
• 5.1.1 PLC50
• 5.1.2 無(wú)紙記錄儀50-51
• 5.2 硬件實(shí)現(xiàn)與分析51-61
• 5.2.1 硬件實(shí)現(xiàn)51-54
• 5.2.2 數(shù)據(jù)測(cè)試分析54-58
• 5.2.3 仿真對(duì)比分析58-61
• 5.3 本章小結(jié)61-63
• 結(jié)論與展望63-64
• 致謝64-65
• 參考文獻(xiàn)65-69
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果69

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