基于超級電容儲能的光伏發(fā)電系統(tǒng)技術研究

【摘要】：隨著化石能源的逐漸枯竭,發(fā)展可再生能源已成為解決世界能源問題的必經(jīng)之路。在眾多可再生能源中,太陽能無疑是最具發(fā)展前景的新能源之一,其取之不盡、用之不竭,不會污染環(huán)境和破壞生態(tài)平衡,因此太陽能的開發(fā)利用有著巨大的市場前景。隨著現(xiàn)代科學技術的不斷發(fā)展,作為太陽能利用主要形式的光伏發(fā)電技術也越來越受到各國的重視,在今后幾十年必將得到迅速的發(fā)展和應用。 本文以獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)為研究對象,對系統(tǒng)各個組成部分進行了全面的理論分析,從系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)、最大功率點跟蹤、超級電容儲能系統(tǒng)、逆變器到控制策略、參數(shù)選擇等關鍵技術都作了詳細的分析和研究,本文的主要內(nèi)容有以下幾個方面： (1)首先介紹光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成及其分類,分析獨立系統(tǒng)、并網(wǎng)系統(tǒng)和混合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點及各自應用場合,最后介紹本文研究的獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及關鍵技術。 (2)分析光伏電池不同光照強度不同環(huán)境溫度下輸出特性曲線及工作狀態(tài),對已有的光伏電池數(shù)學模型進行改進構(gòu)造本文研究的實用仿真數(shù)學模型,仿真結(jié)果驗證了所構(gòu)造模型精度高、模塊通用性強,與實際光伏電池輸出特性曲線接近,為光伏電池工作特性分析和實際工程設計提供理論依據(jù)。 (3)分析常用最大功率點跟蹤算法原理并比較各自優(yōu)缺點,采用動態(tài)響應快,穩(wěn)態(tài)精度高的占空比擾動觀察法作為本文的最大功率點跟蹤控制算法,設計基于Boost變換器的MPPT跟蹤控制器,通過仿真結(jié)果證明了實現(xiàn)最大功率點跟蹤在獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)中具有重要作用。 (4)介紹超級電容儲能原理及儲能優(yōu)勢,建立超級電容器等效電路模型,仿真分析常用超級電容串聯(lián)均壓電路,重點設計Buck/Boost雙向變換器并推導小信號數(shù)學模型,基于小信號傳遞函數(shù)設計電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)雙環(huán)控制方法,在Matlab/Simulink里搭建超級電容儲能系統(tǒng)充放電仿真模型,仿真結(jié)果驗證了雙環(huán)控制策略實現(xiàn)超級電容器充放電功能的有效性與可靠性。 (5)對獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的DC/AC逆變器控制技術進行研究,分析逆變器電路拓撲結(jié)構(gòu)并設計LC低通濾波器濾除輸出電壓高次諧波分量,推導單相逆變器數(shù)學模型,提出基于狀態(tài)空間理論的狀態(tài)反饋控制,利用狀態(tài)反饋將閉環(huán)系統(tǒng)的極點配置到任意期望位置并進行優(yōu)化配置,繪出控制系統(tǒng)Bode圖理論分析系統(tǒng)穩(wěn)定性,搭建極點配置控制器及極點優(yōu)化配置仿真模型,仿真結(jié)果驗證了基于狀態(tài)空間理論設計的狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)顯著的優(yōu)越性與可靠性。 【關鍵詞】：光伏發(fā)電 最大功率跟蹤 超級電容 極點配置 逆變器
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TM615
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-17
• 1.1 課題研究背景及意義12
• 1.2 光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和發(fā)展前景12-14
• 1.2.1 國外光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和發(fā)展前景12-13
• 1.2.2 中國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和發(fā)展前景13-14
• 1.3 超級電容器的發(fā)展現(xiàn)狀與應用現(xiàn)狀14-16
• 1.3.1 超級電容器發(fā)展現(xiàn)狀14-15
• 1.3.2 超級電容器研究應用15-16
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容16-17
• 第2章 獨立型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)介紹17-23
• 2.1 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類17-20
• 2.1.1 獨立型光伏發(fā)電系統(tǒng)17-18
• 2.1.2 并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)18-19
• 2.1.3 混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)19-20
• 2.2 本文研究的獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)20-22
• 2.2.1 單相獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)20-21
• 2.2.2 獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的關鍵技術研究21-22
• 2.3 本章小結(jié)22-23
• 第3章 太陽能電池的工作原理及最大功率跟蹤研究23-43
• 3.1 太陽能電池的工作原理及輸出特性仿真分析23-28
• 3.1.1 太陽能電池工作原理23
• 3.1.2 太陽能電池等效模型23-24
• 3.1.3 太陽能電池的數(shù)學仿真模型24-27
• 3.1.4 太陽能電池輸出特性仿真分析27-28
• 3.2 最大功率點跟蹤原理及控制算法研究28-34
• 3.2.1 最大功率點跟蹤原理28-30
• 3.2.2 恒電壓跟蹤法30-31
• 3.2.3 電導增量法31-32
• 3.2.4 本文采用的MPPT控制算法32-34
• 3.3 基于Boost電路的MPPT控制器設計34-37
• 3.3.1 基于Boost電路的MPPT原理分析34-35
• 3.3.2 Boost電路參數(shù)設計35-37
• 3.4 基于Boost電路的MPPT控制器仿真分析37-41
• 3.5 本章小結(jié)41-43
• 第4章 超級電容儲能系統(tǒng)的研究43-67
• 4.1 超級電容器43-46
• 4.1.1 超級電容器儲能原理43-44
• 4.1.2 超級電容器儲能優(yōu)勢44
• 4.1.3 超級電容器等效電路模型44-46
• 4.2 超級電容器容量的選取46-47
• 4.3 超級電容器串聯(lián)均壓方法研究47-55
• 4.3.1 常見串聯(lián)均壓電路研究47-49
• 4.3.2 串聯(lián)均壓電路仿真分析49-55
• 4.4 超級電容器充放電主電路設計55-56
• 4.4.1 雙向DC-DC變換器原理分析55
• 4.4.2 雙向DC-DC變換器參數(shù)設計55-56
• 4.5 超級電容器充放電控制策略分析56-63
• 4.5.1 雙向變換器數(shù)學模型56-60
• 4.5.2 控制策略設計60-62
• 4.5.3 工作模式分析62-63
• 4.6 超級電容器充放電仿真分析63-66
• 4.7 本章小結(jié)66-67
• 第5章 DC/AC逆變器控制技術研究67-79
• 5.1 逆變器主電路拓撲結(jié)構(gòu)與參數(shù)設計67-69
• 5.1.1 主電路拓撲結(jié)構(gòu)67-68
• 5.1.2 主要參數(shù)設計68-69
• 5.2 基于狀態(tài)空間理論的控制策略研究69-74
• 5.2.1 單相逆變器的數(shù)學模型69-70
• 5.2.2 基于極點配置控制器設計70-73
• 5.2.3 帶積分器的極點配置控制器設計73-74
• 5.3 逆變器仿真分析74-78
• 5.3.1 極點配置控制仿真分析74-75
• 5.3.2 帶積分器極點配置控制仿真分析75-78
• 5.4 本章小結(jié)78-79
• 結(jié)論79-80
• 致謝80-81
• 參考文獻81-84
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文84

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