基于太阳能光伏发电的电动自行车充电站的研究设计

【摘要】：随着石油、煤炭等传统能源的短缺以及对环境保护问题的关注，太阳能光伏发电的研究和应用越来越广泛，随着目前对于直流微电网的探索和研究，本文提出了基于太阳能光伏发电的电动自行车充电站的研究设计。也就是将太阳能光伏发电电能通过直流母线应用到电动自行车负载中，通过组合储能装置进行直流母线的稳压调节。整个系统由太阳能电池阵列、组合储能装置、直流母线、电动自行车负载及电力电子接口等组成，电力电子接口包括太阳能电池阵列与直流母线的接口、组合储能装置与直流母线的接口及直流母线与电动自行车负载的接口。 为了使直流母线电压稳定，本文采用了一种组合储能装置：超级电容器与蓄电池的组合。超级电容器担任功率波动比较频繁部分的储能，而蓄电池担任功率平滑部分的储能。组合储能装置与直流母线间用双向Buck-Boost直流变换器连接，使太阳能电池阵列输出电能与组合储能装置之间的能量交换更加灵活。从而使太阳能被合理利用，直流母线的电压稳定。 太阳能电池阵列的输出功率随着太阳辐射强度、环境温度和负载的改变而变化，使太阳能电池阵列工作于最大功率输出状态是太阳能电池阵列与直流母线间的接口的主要功能。阵列与直流母线间的接口以基于dP/dU的太阳能发电系统的最大功率控制法，实现了太阳能电池阵列的最大功率跟踪控制。 本文设计了组合储能装置与直流母线间的电力电子接口的主电路和控制方案，组合储能装置与直流母线之间的接口以双向Buck-Boost直流变换器变换电路实现。对双向Buck-Boost直流变换器的工作状态进行了理论分析，基于状态变量开关周期平均方法建立了接口主电路的控制模型。以直流母线电压作为本系统的主控变量，实现了组合储能装置充电和放电控制，并进行了仿真验证。 【关键词】：组合储能装置 直流母线电压 双向变换器 电力电子接口 电动自行车 太阳能光伏发电
【学位授予单位】：武汉纺织大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 研究背景9
• 1.2 太阳能光伏发电的国内外发展现状9-11
• 1.3 电动自行车充电站国内外发展现状11-12
• 1.4 直流微电网的发展现状12-13
• 1.5 本文的研究意义和研究内容13-15
• 1.5.1 本文的研究意义13-14
• 1.5.2 本文的研究内容14-15
• 2 相关基本理论分析15-28
• 2.1 引言15
• 2.2 太阳能电池基本特性15-21
• 2.2.1 太阳能电池伏安特性15-16
• 2.2.2 太阳能电池的等值电路16-19
• 2.2.3 太阳能电池最大功率点跟踪控制19-21
• 2.3 太阳能光伏发电系统概述21-22
• 2.4 组合储能装置的基本特性分析22-27
• 2.4.1 超级电容器的特性22-23
• 2.4.2 铅酸蓄电池的充放电特性23-25
• 2.4.3 蓄电池充电技术25-26
• 2.4.4 本文组合储能装置选择26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 3 充电站总体架构设计28-41
• 3.1 引言28
• 3.2 充电站系统总体架构设计28-30
• 3.3 最大功率跟踪 DC/DC 变换器30-35
• 3.3.1 电路结构30
• 3.3.2 基于 dP/dU 的最大功率控制算法30-33
• 3.3.3 最大功率跟踪 DC/DC 的控制电路33-35
• 3.4 充电 DC/DC 变换器35-39
• 3.5 本章小结39-41
• 4 组合储能装置与直流母线接口双向变换器的设计、分析、仿真41-59
• 4.1 引言41
• 4.2 组合储能装置与直流母线间系统电路结构41-42
• 4.3 蓄电池与超级电容器间的能量控制42-44
• 4.4 双向 Buck-Boost 直流变换器的主电路分析44-51
• 4.5 基于互补 PWM 双向 Buck-Boost 直流变换器的控制51-53
• 4.6 基于互补 PWM 双向 Buck-Boost 直流变换器 1 的控制系统设计及仿真53-58
• 4.7 本章小结58-59
• 5 结论与展望59-61
• 5.1 本文小结59
• 5.2 本文存在的不足59-60
• 5.3 进一步研究内容60-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-66
• 附录66

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