基于超级电容储能的光伏微网电压控制研究

【摘要】：近年来太阳能成为最具发展前景的新能源之一。太阳能的合理利用需要合适的储能装置,超级电容器因其环保、寿命长和功率密度大的优势而成为人们常用的储能装置之一。论文以基于超级电容器储能的光伏微网电压控制为研究对象,对太阳能光伏板的最大功率点跟踪和超级电容器的充放电进行了详细的分析和研究。 首先,根据太阳能电池的工作特性建立其数学仿真模型,该仿真模型连接Boost主电路接入直流母线端。为达到对太阳能电池的最大功率点跟踪(MPPT)控制,需要合适的PWM信号来控制开关管的关断,该PWM信号由控制系统产生。为此采用一种常见的MPPT控制策略——电导增量法,搭建MPPT控制模块仿真模型。 其次,根据超级电容器的储能特点,建立超级电容器的等效电路模型,进一步研究超级电容器储能系统输出特性。超级电容器的充放电主电路采用双向DC/DC变换器,设计DC/DC变换器的参数,进而建立变换器的小信号传递函数,设计电压外环电流内环的双闭环控制方法。在Matlab/Simulink环境下,搭建超级电容器储能系统的仿真模型。 最后,设计超级电容器储能模块充电主电路的硬件电路,选用PIC18F452单篇机作为控制单元,给出系统的主程粗和子程序的流程图,对超级电容器的充放电环节进行智能控制,用实验来验证控制系统的合理性与稳定性。 【关键词】：超级电容器储能 MPPT控制 双向DC/DC变换器 PIC单片机
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 课题的背景和意义9
• 1.2 光伏发电产业现状与发展9-11
• 1.2.1 国外光伏发电产业现状和发展9-10
• 1.2.2 中国光伏发电产业现状和发展10-11
• 1.3 超级电容器的发展与应用现状11-12
• 1.3.1 超级电容器发展现状11
• 1.3.2 超级电容器应用现状11-12
• 1.4 本文的主要研究内容12-14
• 2 太阳能电池与超级电容器建模与仿真分析14-22
• 2.1 太阳能电池模型建立14-19
• 2.1.1 太阳能电池工作原理14-15
• 2.1.2 太阳能电池等效电路15-16
• 2.1.3 太阳能电池数学模型建立16-17
• 2.1.4 太阳能电池输出特性仿真分析17-19
• 2.2 超级电容器模型建立19-21
• 2.2.1 超级电容器储能原理19-20
• 2.2.2 超级电容器等效电路模型20-21
• 2.3 本章小结21-22
• 3 太阳能电池最大功率点跟踪研究22-37
• 3.1 太阳能电池最大功率点跟踪原理22-26
• 3.1.1 光照和温度对太阳能电池输出效率的影响22-24
• 3.1.2 最大功率点跟踪的原理24-26
• 3.2 MPPT控制策略26-30
• 3.2.1 常见太阳能电池最大功率点跟踪控制方法26-29
• 3.2.2 电导增量法控制策略29-30
• 3.3 基于Boost电路的MPPT控制器设计30-32
• 3.3.1 Boost电路的MPPT原理分析30-31
• 3.3.2 Boost电路参数设计31-32
• 3.4 基于Boost电路的MPPT控制器仿真分析32-36
• 3.5 本章小结36-37
• 4 超级电容器储能系统的研究37-51
• 4.1 超级电容器充放电特性研究37-39
• 4.1.1 超级电容器充电特性37-38
• 4.1.2 超级电容器放电特性38-39
• 4.2 超级电容器充放电主电路设计39-41
• 4.2.1 双向DC-DC变换器原理分析39-40
• 4.2.2 双向DC-DC变换器参数设计40-41
• 4.3 超级电容器充放电控制策略分析41-47
• 4.3.1 双向DC-DC变换器数学模型41-44
• 4.3.2 控制策略设计44-45
• 4.3.3 工作模式分析45-47
• 4.4 超级电容器充放电仿真分析47-50
• 4.5 本章小结50-51
• 5 储能系统充放电控制51-64
• 5.1 超级电容器储能系统设计51-52
• 5.2 硬件设计52-57
• 5.2.1 电压采集模块52-54
• 5.2.2 电流采集电路54-55
• 5.2.3 PIC单片机及其外围电路55-56
• 5.3.4 MOSFET驱动电路56
• 5.2.5 电源模块设计56-57
• 5.3 软什设计57-61
• 5.3.1 软件总体设计57-58
• 5.3.2 充放电控制算法主程序设计58-59
• 5.3.3 A/D转换子程序设计59-60
• 5.3.4 充放电子程序60-61
• 5.4 实验结果61-63
• 5.5 本章小结63-64
• 结论64-65
• 参考文献65-67
• 附录A 超级电容器储能系统样机图片67-68
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况68-69
• 致谢69-70

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