基于超级电容器储能的独立光伏发电系统关键技术研究

【摘要】：随着全球能源危机、温室效应、环境污染的加剧,发展新能源成为一种解决此类问题的方法。太阳能作为一种新能源,具有对环境没有污染以及可以无限使用的特点,所以其发展前景比较好。太阳能使用的主要形式是光伏发电。 本文的研究对象是以超级电容器作为储能元件的独立光伏发电系统,对系统的各个组成部分进行了整体的理论分析。对系统关键技术MPPT和超级电容储能部分进行详细研究。 本文首先介绍几种常见的光伏发电系统类型及组成,提出本文研究对象——独立光伏发电系统组成及其关键技术。其次,分析光伏电池的工作原理,并用MATLAB软件建模对其仿真分析,为研究光伏电池MPPT控制方法提供基础。接着对最大功率跟踪原理进行分析,并对几种常见的MPPT控制方法进行分析比较,提出了一种变步长扰动观测法。构建了以Boost电路作为主电路的MPPT控制系统,仿真结果表明变步长扰动算法在跟踪速度和精度上有较好的效果；在环境条件变化情况下,系统呈现较好的稳定性。最后,对超级电容器储能原理和优势作了详细介绍,建立了超级电容器的等效电路模型。对双向DC/DC变换器作了重点研究,对其小信号数学模型进行推导,提出了电压外环电流内环双环的控制方法。用MATLAB对超级电容器储能系统的充放电进行仿真,仿真结果验证了对超级电容器充放电采用双环控制是有效、可靠的。 【关键词】：光伏发电系统 超级电容器 最大功率点跟踪 双向DC/DC变换器
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615;TM53
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-19
• 1.1 课题背景及意义11-12
• 1.2 光伏产业的发展及前景12-14
• 1.2.1 国外光伏产业的发展及前景12-13
• 1.2.2 国内光伏产业的发展及前景13-14
• 1.3 超级电容器及其储能研究现状14-16
• 1.3.1 超级电容器发展概述14-15
• 1.3.2 超级电容器储能应用的研究现状15-16
• 1.4 本文主要工作内容16-19
• 2 太阳能独立光伏发电系统19-27
• 2.1 太阳能光伏发电系统的分类19-22
• 2.2 本文研究的独立光伏发电系统22-25
• 2.2.1 系统结构22-24
• 2.2.2 关键技术问题24-25
• 2.3 本章小结25-27
• 3 光伏发电系统的MPPT控制27-53
• 3.1 太阳能光伏电池模型27-35
• 3.1.1 光伏电池的工作原理27-28
• 3.1.2 光伏电池模型及特性28-32
• 3.1.3 光伏电池的仿真建模32-35
• 3.2 最大功率点跟踪原理及控制方法35-43
• 3.2.1 最大功率点跟踪控制原理35-38
• 3.2.2 最大功率点跟踪控制方法38-41
• 3.2.3 本文采用的MPPT控制方法41-43
• 3.3 光伏发电系统MPPT控制43-51
• 3.3.1 MPPT控制主电路44-45
• 3.3.2 MPPT主电路参数设计45-47
• 3.3.3 基于扰动观测法的MPPT仿真分析47-51
• 3.4 本章小结51-53
• 4 超级电容器储能系统研究53-73
• 4.1 超级电容器特性53-57
• 4.1.1 超级电容器特点53-54
• 4.1.2 超级电容器性能指标54-55
• 4.1.3 超级电容器等效电路模型55-56
• 4.1.4 超级电容器容量选择56-57
• 4.2 双向DC/DC变换器57-67
• 4.2.1 双向DC/DC变换器的分类及确定57-59
• 4.2.2 双向半桥变换器的工作原理及工作方式59-60
• 4.2.3 双向变换器的建模60-65
• 4.2.4 储能双向变换器控制策略65-67
• 4.3 基于双向DC/DC的超级电容器储能系统的控制67-72
• 4.3.1 储能独立光伏发电系统运行工况67-70
• 4.3.2 基于双向DC/DC的超级电容器储能系统的仿真70-72
• 4.4 本章小结72-73
• 5 总结73-75
• 参考文献75-79
• 致谢79-81
• 作者简介及读研期间主要科研成果81

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