基于太阳能光伏发电的飞轮储能系统研究

【摘要】：随着我国经济的快速发展,能源短缺现象越来越严重。对于我国能源的短缺有两种办法。一是寻找资源加大对外进口。二是开发新能源,尤其是可再生能源。而解决问题的根本方法是第二个。其中太阳能光伏发电技术已较为成熟,目前已正式应用于生产实际中。由于太阳的运行特性,太阳能光伏发电装置输出的能量不均匀,而且在能量转换过程中还有可能损失大量的能量,所以利用太阳能光伏发电技术的难点在于能量的储存。国内外大多数的储能技术指标难以满足要求,新型存储技术的研究迫在眉睫。而飞了储能技术是当前研究较为成熟的技术之一。 飞轮储能是一种优越的新型储能技术,它可以从太阳能、电网过剩电能、风能中补充能源,具有高效、安全、绿色、经济等特点,应用面非常广。作为一种纯机电的储能系统,由于其具有比能量大、比功率高、无二次污染、寿命长等优点,在短时间内得到了很快发展。目前,飞轮储能技术已经在航天、UPS、电力系统、棍合动力机车等领域获得了成功的应用。 本论文设计了飞轮储能系统的主电路结构,并重点对永磁无刷直流电机的电动发电控制进行了研究。提出了以TMS320F2812 DSP芯片为核心的电动发电控制系统设计方案,并对控制系统的硬件和软件设计进行了详细的介绍。基于MATLAB软件,建立了飞轮储能系统充放电的电机控制系统模型,对飞轮储能系统运行过程进行了仿真与分析。充电部分主要实现电能转化为机械能。为了保证飞轮在电机的带动下完成快速充电,以电流和转速为调整对象,采用PAM调制和三相逆变电路PWM调制相配合,以减小启动电流和转矩脉动,力求构建高性能的转速电流双闭环永磁直流无刷电动机系统；放电部分主要实现机械能向电能转化。以母线电压为调整对象,利用BOOST升压变换器,将母线电压稳定在310V左右,再经过逆变电路SPWM调制使其输出稳定的220 V工频交流电。通过仿真分析结果表明该系统设计方案是合理、可靠性较高,达到了预期的目的,为下一阶段的产品开发奠定了良好的基础。 【关键词】：太阳能光伏发电 飞轮储能 电力电子 直流无刷电动机 DSP
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-15
• 1.1 课题概述8-10
• 1.1.1 课题题目及来源8
• 1.1.2 课题的研究背景和意义8-10
• 1.2 飞轮储能技术的发展概况和国内外研究现状10-14
• 1.3 论文主要内容14-15
• 第2章 飞轮储能系统原理及结构设计15-20
• 2.1 飞轮储能系统的基本原理15-16
• 2.2 飞轮储能系统结构16-17
• 2.3 飞轮电机的选型设计17-18
• 2.4 电力电子变换器结构18-19
• 2.5 控制器结构19
• 2.6 本章小结19-20
• 第3章 飞轮储能系统硬件设计20-36
• 3.1 系统硬件结构20-24
• 3.1.1 TMS320F2812芯片简介20-21
• 3.1.2 以TMS320F2812芯片为核心的最小系统设计21-24
• 3.2 功率主电路24-31
• 3.2.1 充电主电路设计及器件选择25-28
• 3.2.2 放电主电路设计及器件选择28-31
• 3.3 检测电路设计31-34
• 3.3.1 转子位置信号和速度信号检测31-33
• 3.3.2 电压、电流检测33-34
• 3.4 过电流保护电路34-35
• 3.5 本章小结35-36
• 第4章 系统软件设计36-47
• 4.1 主程序流程设计36-39
• 4.2 系统主要子程序设计39-42
• 4.2.1 电流检测计算与换相子程序39-40
• 4.2.2 转子位置的检测与换向子程序40-41
• 4.2.3 速度计算子程序41-42
• 4.3 PI调节程序42-43
• 4.4 中断子程序设计43-46
• 4.4.1 捕获中断子程序44-45
• 4.4.2 ADC中断服务子程序45-46
• 4.4.3 故障中断子程序46
• 4.5 本章小结46-47
• 第5章 MATLAB系统仿真及实验结果分析47-56
• 5.1 MATLAB简介47
• 5.2 永磁无刷直流电机及其控制系统的建模47-53
• 5.2.1 电机本体模型48-52
• 5.2.2 PWM模块52
• 5.2.3 逆变器模块52
• 5.2.4 换相逻辑模块52-53
• 5.3 飞轮加速储能模式下系统仿真分析53-54
• 5.4 飞轮减速释能模式下系统仿真分析54-55
• 5.5 本章小结55-56
• 第6章 总结与展望56-58
• 6.1 全文总结56-57
• 6.2 工作展望57-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-60

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