交通节能照明设施控制系统研究

【摘要】：能源是国家经济、社会发展和提高人民生活水平的物质基础，能源问题是一个关系国计民生的重要问题。随着科学技术的飞速发展，经济水平的不断提高，人类对能源的需求也在日趋增长。随着能源需求量的日趋增大，人类被随之而来的能源危机、环境污染所困扰。太阳能与其他能源相比具有来源广泛、开发简单、安全、无污染等一系列优点，从而得到各国的重视。但光伏系统尤其是离网光伏系统一直存在转化效率低、化学蓄能设备对环境二次污染等问题。因此，提高离网光伏系统的光-电转化率、消除蓄能设备的二次污染，对光伏系统的推广具有相当重要的意义。 本文从交通节能照明的角度对光伏离网照明系统进行了以下方面的研究： ①对交通照明系统主要组成部分进行了介绍与分析。通过对LED照明系统、光伏电池、逆变器、储能系统的介绍与最新进展的分析，提出了基于异步电动机的飞轮储能光伏照明系统。本系统的储能部件采用基于异步电动机的飞轮储能系统，一方面有效的解决了传统化学储能设备所带来的二次污染问题，另一方面相对于传统化学储能设备，采用异步电动机的飞轮蓄能系统具有寿命长、能效高的优点； ②对光伏电池的特性进行分析，建立了光伏电池的数学模型。对光伏系统最大功率控制的原理和方法进行了介绍与分析。针对交通运输节能照明系统的特点选择出适合本系统的最大功率点控制方法； ③对最大功率点控制扰动观察法与Boost电路进行了详细的分析与研究。对电路中的旁路电容、电感、储能电容进行了分析并建立数学模型； ④在外界环境稳定时，扰动观察法存在占空比超调现象，从而造成输出功率不稳定。本研究使用时域分析法，建立扰动时旁路电容两端电压变化的数学模型。利用建立的数学模型对定步长扰动观察法和变步长扰动观察法中存在的占空比超调情况进行了详细分析，最终提出一种改进型的扰动观察法，使系统在降低纹波电流、纹波电压的同时，既能在外界环境变化时有较快的响应速度又能在外界环境稳定时有较为稳定的输出功率； ⑤对异步电动机控制原理与控制策略进行了介绍，针对交通节能照明系统特点，选择直接转矩控制作为异步电机调速策略。将光伏发电部分与飞轮储能部分相结合，最终实现飞轮电池的充放电控制； ⑥通过MATLAB的SIMUlink仿真，证明了理论的正确性与可行性，为下一步实际运用打下了基础。 【关键词】：光伏照明 最大功率点控制 飞轮储能 仿真
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM923.34;TM914.4;U495
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 太阳能和光伏发电10-12
• 1.1.1 能源危机与太阳能利用10-11
• 1.1.2 光伏发电系统介绍11-12
• 1.2 课题的研究意义与研究内容12-13
• 1.2.1 课题的背景与意义12
• 1.2.2 研究内容12-13
• 1.3 本章小结13-14
• 第二章 交通节能照明系统整体结构14-21
• 2.1 光伏电池介绍14
• 2.2 LED 照明设备介绍14-15
• 2.3 光伏逆变技术介绍与选择15-17
• 2.4 储能设备介绍与选择17-19
• 2.4.1 化学储能设备17
• 2.4.2 电磁储能17-18
• 2.4.3 飞轮储能技术18
• 2.4.4 储能设备的选择18-19
• 2.5 基于交流异步电动机的飞轮储能系统的提出19
• 2.6 交通节能照明系统的结构19-20
• 2.7 本章小结20-21
• 第三章 最大功率点跟踪的实现21-54
• 3.1 光伏电池的功率输出基本特性21-23
• 3.1.1 光伏电池输出基本特性21-22
• 3.1.2 光伏电池数学模型22-23
• 3.2 光伏系统最大功率点控制方法23-26
• 3.2.1 最大功率点控制方法介绍23-24
• 3.2.2 最大功率点控制方法选择24-25
• 3.2.3 最大功率点控制中的 PWM 调制25-26
• 3.3 DC/DC 电路26-30
• 3.3.1 Buck 电路26-28
• 3.3.2 Boost 电路28-29
• 3.3.3 交通节能照明系统 DC/DC 电路选择29-30
• 3.4 扰动观察法与 boost 电路的结合30-36
• 3.4.1 光伏系统中 Boost 等效电路30-31
• 3.4.2 MPPT 控制电路中升压电感的选择31-33
• 3.4.3 MPPT 控制电路中旁路电容的选择33-35
• 3.4.4 最大功率控制电路中储能电容的选择35-36
• 3.5 旁路电容与电感造成的占空比超调与解决方案36-49
• 3.5.1 稳态时扰动法占空比调节情况36-38
• 3.5.2 MPPT 控制下 Boost 电路响应模型38-40
• 3.5.3 旁路电容与升压电感振荡分析40-41
• 3.5.4 Boost 电路中扰动观察法超调分析41-45
• 3.5.5 Boost 振荡引起的变步长控制失效分析45-48
• 3.5.6 占空比超调的解决方案48-49
• 3.6 改进型扰动观察法49-53
• 3.7 本章小结53-54
• 第四章 异步电动机与飞轮储能系统的研究54-68
• 4.1 交流调速系统的发展情况54-56
• 4.1.1 异步电动机的工作原理54-55
• 4.1.2 交流调速系统的发展55-56
• 4.2 直接转矩控制系统特点56-57
• 4.3 电压空间矢量控制研究57-59
• 4.3.1 直接转矩控制中逆变器电压分析57-58
• 4.3.2 直接转矩控制中的电压空间矢量58-59
• 4.4 磁链观测与控制59-62
• 4.5 电压空间矢量与定子磁链和转矩的关系62-65
• 4.5.1 电压空间矢量与定子磁链控制的关系62-63
• 4.5.2 电压空间矢量对电机转矩的控制63-64
• 4.5.3 电压空间矢量的正确选择64-65
• 4.6 直接转矩系统控制方法的选择65-66
• 4.7 飞轮储能系统的研究66-67
• 4.8 本章小结67-68
• 第五章 MATLAB 仿真及结果分析68-79
• 5.1 MATLAB 与 Simulink 介绍68-69
• 5.2 交通节能照明设施控制系统总体仿真结构69-70
• 5.3 光伏电池最大功率点控制仿真及分析70-74
• 5.3.1 光伏电池最大功率点控制仿真总体结构70
• 5.3.2 光伏电池的仿真70-71
• 5.3.3 最大功率点控制的仿真71-72
• 5.3.4 最大功率点控制结果及分析72-74
• 5.4 飞轮电池充放电仿真研究74-78
• 5.4.1 飞轮电池充电仿真研究74-76
• 5.4.2 飞轮电池放电仿真研究76-78
• 5.5 本章小结78-79
• 第六章 总结与展望79-81
• 6.1 研究总结79-80
• 6.2 未来展望80-81
• 致谢81-82
• 参考文献82-85
• 在校期间发表的论著及取得的科研成果85
• 一、在校期间发表的论文85
• 二、在校期间参加的研究项目85

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