独立运行光伏发电系统的研究

【摘要】： 随着世界经济的高速发展、人口的增长和科技的进步,传统能源的消耗量越来越大,这就带来了一系列能源的耗尽和环境污染问题。太阳能作为一种优越的可再生能源而受到世界各国的重视并具有较大发展潜力。为了进一步提高系统的性能,实现系统的优化及可靠运行,本文研究独立运行光伏发电系统的结构、工作原理和控制策略。相对并网系统,这对于国家正大力发展的西部太阳能资源开发来说是具有现实意义的。 首先,本文详细介绍了光伏发电的国内外研究背景,光伏电池的种类、发电原理及输出特性,并介绍了独立运行光伏发电系统的组成、运行原理和应用,在此基础上论述了光伏系统常用的DC/DC变换电路,负载最大功率跟踪(MPPT)的方法等人们普遍关注的问题。融合了上述原理技术,设计一个功率为25W的独立运行光伏发电系统。 其次,为减小传统的固定步长的扰动法进行最大功率跟踪的步长大振荡大,步长小跟踪速度慢的缺陷,本文提出了电压自适应最大功率跟踪算法,其原理是引入了不同的步长系数,根据功率变量值的大小,确定合适的控制步长进行电压参考值的给定,并在MATLAB环境下利用Simulink工具搭建模型进行仿真,仿真结果验证了此种跟踪方法具有快速性、稳定性和准确性等优点。 最后,搭建硬件电路,通过对电池板的不同安装角度测量得到的数据,得出不同季节在大连地区安装的不同最佳角度值。设计了25W的独立运行光伏发电系统的主电路及其控制电路,包括光伏电池的选择,Boost主电路参数、控制电路部分、驱动电路及其检测电路各模块分别进行了详细的探讨;对独立系统的储能装置蓄电池的充放电电路进行了设计,利用单片机dsPIC30F3011控制电路同时实现了最大功率跟踪和蓄电池的充电电压、放电极限电压及充电电流的控制,可防止过充过放现象的发生,从而实现独立光伏发电系统的可靠运行。 【关键词】：光伏发电 独立光伏系统 自适应电压算法 MPPT 蓄电池充放电
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-17
• 1.1 课题研究背景8-9
• 1.1.1 人类所面临的能源危机8
• 1.1.2 传统能源背后的环境问题8-9
• 1.2 光伏发电的特性和优势9-10
• 1.3 光伏发电发展现状和前景10-15
• 1.3.1 国外发展现状10-13
• 1.3.2 国内发展现状13-15
• 1.4 本课题的研究任务15-17
• 2 光伏发电系统的概述17-41
• 2.1 光伏电池的分类17-18
• 2.2 太阳能电池发电原理18-20
• 2.3 光伏电池等效电路20-25
• 2.3.1 太阳能电池的特性21-23
• 2.3.2 太阳能电池随环境变化的输出特性23-25
• 2.4 光伏系统的分类及利用25-28
• 2.4.1 光伏系统的分类25-27
• 2.4.2 独立运行光伏系统的应用27-28
• 2.5 光伏系统的最大功率跟踪28-39
• 2.5.1 原理28-30
• 2.5.2 常用的DC/DC变换电路30-34
• 2.5.3 恒压跟踪法34-36
• 2.5.4 扰动观察法36-38
• 2.5.5 电导增量法38-39
• 2.6 本章小结39-41
• 3 独立光伏系统的建模与仿真41-51
• 3.1 光伏阵列模型的建立41-43
• 3.1.1 光伏电池特性数学模型41-42
• 3.1.2 光伏阵列的仿真模型42-43
• 3.2 最大功率跟踪模型的建立43-45
• 3.2.1 控制结构及原理43
• 3.2.2 电压环自适应的给定43-44
• 3.2.3 软件流程44-45
• 3.3 最大功率跟踪系统的Simulink建模45-46
• 3.4 仿真结果及其分析46-50
• 3.5 本章小结50-51
• 4 硬件电路的设计51-61
• 4.1 安装角度的测量及其结果51-52
• 4.2 Boost电路参数的选择52-54
• 4.2.1 电感的选择53-54
• 4.2.2 滤波电容的选择54
• 4.2.3 二极管的选择54
• 4.2.4 功率开关管的选择54
• 4.3 基于PIC控制部分的硬件设计54-56
• 4.4 驱动电路的设计56-58
• 4.5 检测电路设计58-60
• 4.5.1 电压检测电路58-59
• 4.5.2 电流检测电路59-60
• 4.6 本章小结60-61
• 5 蓄电池的原理及设计61-67
• 5.1 蓄电池的化学特性61-62
• 5.2 蓄电池充放电控制策略62-64
• 5.3 光伏蓄电池的特殊问题64-65
• 5.4 蓄电池选取及其充放电控制实现65-66
• 5.5 本章小结66-67
• 结论67-68
• 参考文献68-70
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况70-71
• 致谢71-72

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