户用型离网光伏发电系统的研究与设计

【摘要】：随着化石能源不断消耗,人类将面临能源短缺,以及污染不断加重的问题。太阳能作为取之不尽、清洁干净的资源成为人类开发研究的热点,并已经取得了显著的效果。作为分布式发电的理想能源,户用型离网光伏发电系统非常适合为偏远地区居民提供日常用电。本文讨论了光伏发电系统的发展状况以及应用前景,对户用型离网光伏发电系统进行了研究与设计。 本文以基于储能系统的离网型光伏发电系统为研究对象,阐述了户用型离网光伏发电的基本原理及其发展趋势。对光伏系统的最大功率追踪控制方法进行了分析。考虑到户用光伏系统的运行环境比较复杂,针对遮阴状态下传统最大功率点跟踪(Max Power point Tracking, MPPT)控制方法易陷入局部极值的问题,设计了带有粒子淘汰环节的改进型粒子群算法MPPT控制策略。通过仿真和实验研究了新算法的追踪性能,得出使用改进后的MPPT算法可以防止系统陷入局部极值并有效提高追踪效率的结论。 本文通过对超级电容和铅酸蓄电池两种储能器件进行性能分析,借鉴前人针对两种器件的混合储能系统的研究成果,提出改进型超级电容/蓄电池混合储能系统。实验表明,使用新的储能系统可以降低系统电压波动,并明显减少蓄电池充放电循环次数,从而延长了蓄电池的寿命。 文章给出了光伏系统的总体结构设计,MPPT控制框图,混合储能系统充电控制框图等,对电源模块、信号采集模块、驱动电路的设计和保护电路进行了研究设计,并给出了相应的仿真实验波形。 【关键词】：光伏发电 最大功率跟踪/MPPT 粒子群算法 混合储能 充放电
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪论7-13
• 1.1 课题的研究背景7
• 1.2 太阳能发电的特点7-8
• 1.3 国内外的光伏产业发展现状8-10
• 1.3.1 国外光伏产业发展现状8-9
• 1.3.2 国内光伏产业发展现状9-10
• 1.4 户用型离网光伏发电系统的结构10-11
• 1.5 课题研究的内容与设计要求11-13
• 第二章 光伏发电基本特性分析13-25
• 2.1 光伏电池特性13-16
• 2.1.1 光伏电池发电原理13-15
• 2.1.2 环境因素对太阳能电池输出特性的影响15-16
• 2.2 光伏阵列最大功率跟踪16-19
• 2.2.1 最大功率跟踪控制原理16-17
• 2.2.2 恒定电压法17
• 2.2.3 扰动观察法17-18
• 2.2.4 电导增量法18-19
• 2.2.5 其他常用MPPT 算法19
• 2.3 基于改进型粒子群算法的MPPT 控制策略19-24
• 2.3.1 粒子群算法（PSO）基本原理19-21
• 2.3.2 PSO 算法在光伏系统中的改进21-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第三章 储能系统分析设计25-35
• 3.1 铅酸蓄电池25-26
• 3.1.1 铅酸蓄电池的工作原理25-26
• 3.1.2 铅酸蓄电池存在的问题26
• 3.2 蓄电池·超级电容混合储能系统26-29
• 3.2.1 混合储能性能分析26-27
• 3.2.2 储能系统结构27-28
• 3.2.3 混合储能充放电控制方案28-29
• 3.3 充电方法分析29-32
• 3.3.1 蓄电池充电方法研究29-31
• 3.3.2 超级电容充电方法研究31-32
• 3.4 剩余容量预测技术32-33
• 3.4.1 电压法32-33
• 3.4.2 安时法33
• 3.4.3 内阻法33
• 3.5 本章小结33-35
• 第四章 系统硬件电路设计35-45
• 4.1 系统主电路设计35-36
• 4.2 系统外围电路分析与设计36-38
• 4.2.1 电源模块36-37
• 4.2.2 电压、电流采集模块37
• 4.2.3 温度采集模块37-38
• 4.3 驱动电路设计38-39
• 4.3.1 开关管PWM 驱动电路设计38-39
• 4.3.2 继电器驱动电路39
• 4.4 硬件相关参数计算39-43
• 4.4.1 光伏阵列容量设计39-41
• 4.4.2 铅酸蓄电池的参数选择与容量设计41-42
• 4.4.3 开关管参数计算42-43
• 4.5 本章小结43-45
• 第五章 软件实现与实验结果分析45-51
• 5.1 系统最大功率跟踪实验45-46
• 5.2 混合储能系统供电测试46-48
• 5.3 系统PWM 驱动信号48-49
• 5.4 本章小结49-51
• 第六章 总结与展望51-53
• 致谢53-55
• 参考文献55-59
• 附录59-61

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