独立光伏发电储能技术研究

【摘要】：太阳能光伏发电因世界能源逐渐短缺和环境污染日趋严重的现状，越来越受到各国学者和专家的热切关注。但太阳能光伏发电受环境天气影响明显，当光照强度较弱或变化迅速时，光伏电池板无法稳定甚至不能输出电能，致使后级负载不能正常用电，这种情况下需要增加储能环节以保证光伏系统的稳定运行。因此本论文对独立太阳能光伏发电储能系统展开以下的研究。 1.本论文在分析国内外研究背景、实际意义以及研究现状的基础上；采用超级电容器与磷酸铁锂蓄电池相结合的复合电源技术，研究了独立太阳能光伏发电系统中光伏电池阵列、DC/DC变换器、控制器以及复合电源的结构。 2.通过分析太阳能光伏电池工作原理，采用Boost变换电路作为DC/DC变换器实现最大功率跟踪（MPPT），令光伏系统在光照强度或环境温度发生变化时始终工作在最大功率点附近，提高了系统的能量利用率。 3.在分析蓄电池和超级电容器特性的基础上，建立了蓄电池及超级电容器的充放电模型，通过模型分析了超级电容器的放电特性，研究了超级电容器组内部的串并联结构对输出电压纹波的影响，提高了超级电容器组输出电压的稳定性。 4.通过分析双向DC/DC变换器的原理和拓扑结构，采用Buck/Boost双向DC/DC变换器对独立太阳能光伏发电复合电源的超级电容器组进行充放电；在分析蓄电池充放电特性的基础上，使用模糊控制充电法对蓄电池进行充电；研究了改进型超级电容滞环电压比较控制法，利用该策略对蓄电池充电起止情况进行控制。 5.利用MATLAB仿真软件研究了独立太阳能光伏系统模型并进行仿真，仿真结果证明采用复合电源及改进型超级电容滞环电压比较控制法能够有效地为蓄电池进行模糊充电，不仅蓄电池充电电压提升了约10%~15%，超级电容器也避免了过度充放电，延长了光伏发电系统复合电源系统的寿命，同时提高了系统在光照强度较弱或变化较快时的系统能量利用率，降低了系统的长期使用成本。 【关键词】：独立光伏发电复合电源系统 超级电容器 改进型超级电容滞环电压比较控制法 双向DC/DC变换器
【学位授予单位】：山东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615;TM912;TM53
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 课题研究背景9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.2.1 国外研究现状10-11
• 1.2.2 国内发展现状11-12
• 1.3 蓄电池和超级电容及其两者组成的复合电源系统12-16
• 1.3.1 常用蓄电池性能12-14
• 1.3.2 超级电容器储能的特点与现状14-16
• 1.3.3 复合电源系统特点16
• 1.4 本文主要研究工作16-18
• 第二章 独立光伏发电系统18-23
• 2.1 独立光伏发电系统整体结构18-19
• 2.2 太阳能电池工作原理19-21
• 2.3 最大功率跟踪分析21-22
• 2.3.1 最大功率跟踪原理21
• 2.3.2 常用最大功率跟踪算法比较21-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第三章 锂电池与超级电容性能研究23-41
• 3.1 磷酸铁锂蓄电池特性23-26
• 3.1.1 充电特性23-24
• 3.1.2 放电特性24-25
• 3.1.3 温度与循环特性25-26
• 3.2 磷酸铁锂电池拓扑结构26-32
• 3.2.1 一阶 RC 模型26-28
• 3.2.2 采用 PWM 控制的蓄电池模型28-30
• 3.2.3 酸铁锂蓄电池充电方式30-32
• 3.3 超级电容器特性分析及串并联结构研究32-35
• 3.3.1 超级电容器特性32-34
• 3.3.2 常见超级电容模型34-35
• 3.4 超级电容器组内部串并联结构研究35-40
• 3.4.1 2-1 变换电路分析35-36
• 3.4.2 M-N 多阶平衡电路分析36-37
• 3.4.3 方法电路构建分析37-38
• 3.4.4 计算结果分析38-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第四章 复合电源控制策略研究41-53
• 4.1 超级电容器充放电控制原理41-42
• 4.1.1 双向 DC/DC 变换器原理分析41-42
• 4.1.2 双向 DC/DC 变换器参数计算42
• 4.2 超级电容充放电控制策略研究42-49
• 4.2.1 双向变换器数学模型建立42-46
• 4.2.2 控制策略分析46-48
• 4.2.3 超级电容工作模式控制研究48-49
• 4.3 磷酸铁锂电池充放电控制研究49-52
• 4.3.1 充电输入输出量的模糊化实现49-50
• 4.3.2 模糊推理50
• 4.3.3 模糊清晰化50-51
• 4.3.4 改进的超级电容滞环比较控制策略51-52
• 4.4 本章小结52-53
• 第五章 仿真结果与分析53-61
• 5.1 太阳能光伏电池仿真53
• 5.2 最大功率跟踪仿真53-55
• 5.3 蓄电池仿真55-56
• 5.4 超级电容仿真56-58
• 5.5 复合电源系统参数设计与仿真58-60
• 5.6 本章小结60-61
• 第六章 总结与展望61-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-66
• 攻读硕士期间参加的课题与发表的论文66

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