清洁能源联合供电系统的研究

【摘要】：迅猛发展的工业经济加速了经济全球化进程，使得人们对能源的需求急剧增加，然而不可再生能源日益匮乏。同时，化石燃料的使用对地球的生态环境也造成了严重的破坏。清洁能源联合供电系统将是未来新型能源利用的主要方式之一，它是利用太阳能光伏发电、风力发电、蓄电池等多种清洁能源之间的互补性，可以给用户提供不间断的优质电源。 本文基于直流母线式分布发电系统，采用模块化设计，设计了一套3kW清洁能源联合供电系统。系统对每个供电单元进行单独控制，单独管理，可使得每个供电单元的输出功率最大。针对此系统，本文基于Boost电路设计了DC/DC控制器，可以将各个供电单元输出的直流电压单独升高到310V以上，再通过直流母线并联给负载供电；利用MPPT技术，可以实现太阳能光伏电池的最大功率点跟踪，提高太阳能光伏电池的输出效率；并且通过RS-485总线技术，实现各个供电单元之间的相互通信，对其工作状况进行实时监控。基于全桥逆变结构设计了3kW的正弦波逆变器，将直流母线输出的直流电压经过H桥逆变，然后经过滤波器滤除谐波，输出220V，50Hz的正弦交流电供负载使用。 本文采用了一种可变步长的扰动观察法，可以有效提高太阳能光伏电池的输出功率，并在MATLAB上搭建仿真模型，验证可变步长扰动观察法的有效性。基于模糊控制算法设计模糊控制器，并在MATLAB上搭建仿真模型，验证了模糊控制器的可行性。 本文设计了蓄电池组监控管理系统，通过检测单元对每只蓄电池的工作状况实时检测。总控制模块可以根据蓄电池组的端电压和直流母线的电压，控制蓄电池储能系统的充放电，实现平衡直流母线电压和储存多余电能的作用。 本文基于3kW的一台原理样机，对DC/DC控制器、整流器、逆变器，以及蓄电池储能系统的充放电进行了实验验证，结果表明该系统具有良好的可靠性、实时性和实用性，并能够长期稳定的工作。 【关键词】：清洁能源联合供电系统 DC/DC变换器 能源管理策略 蓄电池管理
【学位授予单位】：上海师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615;TM614;TM912
【目录】：

• Abstract4-5
• 中文摘要5-7
• 目录7-8
• 第一章 绪论8-13
• 1.1 太阳能发电和风力发电的发展8-9
• 1.2 国内外研究现状9-12
• 1.2.1 清洁能源联合供电系统的结构9-10
• 1.2.2 清洁能源管理控制策略10-11
• 1.2.3 蓄电池管理系统的控制策略11-12
• 1.3 本文的目标和工作内容12-13
• 第二章 清洁能源联合供电系统总体方案及设计13-30
• 2.1 清洁能源联合供电系统分析与比较13-16
• 2.2 清洁能源联合供电系统总体方案16-19
• 2.3 清洁能源联合供电系统的硬件设计19-28
• 2.3.1 DC/DC 变换器的设计19-25
• 2.3.2 整流器的设计25-26
• 2.3.3 逆变器的设计26-27
• 2.3.4 蓄电池控制器的设计27-28
• 2.4 硬件调试28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第三章 能源管理策略的研究30-46
• 3.1 最大功率点跟踪（MPPT）31-35
• 3.2 能源调度的基本方法35-44
• 3.2.1 模糊控制策略38-42
• 3.2.2 模糊算法仿真42-44
• 3.3 本章小结44-46
• 第四章 蓄电池组充放电与监控系统的设计46-53
• 4.1 蓄电池组管理的基本方法46-47
• 4.2 蓄电池组监控切换模块47-50
• 4.2.1 蓄电池检测单元47-49
• 4.2.2 开关切换单元49-50
• 4.3 蓄电池组充放电模块50-52
• 4.3.1 蓄电池剩余容量估计51
• 4.3.2 蓄电池充放电控制软件设计51-52
• 4.4 本章小结52-53
• 第五章 总结与展望53-55
• 5.1 本文工作总结53-54
• 5.2 后续工作展望54-55
• 致谢55-56
• 参考文献56-60
• 攻读学位期间的研究成果60

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