光伏/燃料电池/蓄电池联合发电系统研究

【摘要】：随着全球经济的快速发展,以及能源危机和环境污染两大问题的日益突出,新能源的开发和利用势在必行。其中,太阳能和氢能的研究和应用日渐广泛。但是太阳能光伏发电内在间歇问题以及较大的波动会给其光伏发电的应用带来一定障碍,若将蓄电池、燃料电池和光伏电池结合,则能够有效地消除光伏发电系统间歇性功率波动的影响,提高系统效率 本文在进行联合发电系统模型建立和分析的基础上,根据负载需求和具体环境特点,提出适合在孤岛、尖峰和沙漠地带等远离电网覆盖区的小规模独立联合发电系统控制策略,通过模拟联合发电系统中光伏电池、燃料电池和蓄电池的匹配关系,并在此基础上搭建了联合发电系统硬件系统。 在满足各电源部分的能量利用效率的基础上,本文首先对系统母线连接方式进行分析选择,并根据本文所搭建系统的稳定、可靠连续供电的需求,进行了系统工作模式设定,主要包括白天模式、夜间模式和连续阴雨天模式。同时根据系统需求和设计原则,进行负荷设定,并在满足负荷需求的基础上对环境气候进行了分析,以确保能为系统提供足够能量来源。另外对光伏阵列、燃料电池、蓄电池和制氢电解器进行了容量匹配和选型,以匹配整个系统的设计开发。 根据系统工作模式、环境条件和负荷的约束,本文提出一个针对性的能量协调控制管理策略,以实现各电源部分间稳定、可靠的无缝切换。同时根据对铅酸蓄电池的放电特性的实验测试分析,提出一个针对本文所开发系统的蓄电池SOC估算规则。利用Matlab/Simulink工具对系统进行模型搭建、控制策略实现和仿真分析,并根据白天模式、夜间模式、连续阴雨天模式三种模式下系统工作情况进行了仿真分析,通过仿真可以得出,PFCBHPS系统模型能够满足本文所需的各种模式下为负载提供可靠而稳定的供电需求。 为进一步分析本文所研发的光伏／燃料电池／蓄电池联合发电系统,本文进行了发电系统硬件系统的搭建,采用PLC实现系统多个电源供电之间的切换控制,并利用无纸记录仪对系统进行数据采集和处理。另外本文将发电系统实验数据与Simulink搭建的仿真模型进行对比分析,通过分析得到的硬件数据测量结果与仿真结果基本一致,可进一步证明系统的正确性,最终完成整个联合发电系统的研发,实现了长期为负载提供可靠、稳定的连续电能等工作要求。 【关键词】：燃料电池 光伏电池 蓄电池 联合发电系统
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM61
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 背景及意义11-12
• 1.2 系统发展现状12-16
• 1.2.1 光伏发电12-13
• 1.2.2 燃料电池发电13-14
• 1.2.3 电解水制氢14-15
• 1.2.4 光伏/燃料电池/蓄电池发电系统15-16
• 1.3 混合供电系统能量控制策略16
• 1.4 本文主要工作16-18
• 第2章 PFCBHPS结构功能分析18-23
• 2.1 系统总线连接方式18-20
• 2.2 供电系统工作模式20-22
• 2.3 本章小结22-23
• 第3章 PFCBHPS系统容量设计23-28
• 3.1 系统设计原则23-24
• 3.2 系统配置24-27
• 3.2.1 配置条件24-25
• 3.2.2 容量匹配设计及选型25-27
• 3.3 本章小结27-28
• 第4章 PFCBHPS建模与仿真分析28-50
• 4.1 系统能量管理28-32
• 4.1.1 控制策略分析28-30
• 4.1.2 蓄电池SOC估算30-32
• 4.2 建模与仿真32-40
• 4.2.1 光伏电池发电模型32-33
• 4.2.2 燃料电池发电模型33-36
• 4.2.3 电解器制氢模型36
• 4.2.4 铅酸蓄电池模型36-38
• 4.2.5 功率转换模型38-39
• 4.2.6 联合发电系统模型39-40
• 4.3 系统仿真分析40-48
• 4.4 本章小结48-50
• 第5章 硬件设计及实现50-63
• 5.1 系统设计工具50-51
• 5.1.1 PLC50
• 5.1.2 无纸记录仪50-51
• 5.2 硬件实现与分析51-61
• 5.2.1 硬件实现51-54
• 5.2.2 数据测试分析54-58
• 5.2.3 仿真对比分析58-61
• 5.3 本章小结61-63
• 结论与展望63-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-69
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果69

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