独立光伏系统中蓄电池充放电技术的研究

【摘要】：能源短缺和环境污染日益严重,大力开发清洁可再生能源来替代传统的化石能源迫在眉睫,取之不尽用之不竭的太阳能作为清洁能源逐步受到世界各国的重视,光伏产业也在国家的大力扶持和补贴下正逐渐走向成熟。但跟传统能源相比,虽然太阳能分布广、无污染,却也受光照强度、温度、天气、经纬度、地域等多方面因素的限制。再加上储能系统中蓄电池充放电次数有限,使用寿命短,特别是在独立光伏系统中储能成本要占很大比重。因此如何提高光伏发电效率同时降低发电成本成为研究光伏发电系统时需要重视的问题。所以在光伏发电系统中对太阳能电池进行最大功率点跟踪(MPPT)控制和适当地对蓄电池充放电控制尤为重要。首先,论文论述了独立光伏发电系统中最大功率点跟踪(MPPT)控制和系统储能环节中蓄电池充放电控制的原理,并对最大功率点跟踪(MPPT)控制电路和蓄电池充放电控制电路及其控制方法进行了说明,将最大功率点跟踪(MPPT)和三阶段充电法相结合作为系统的控制方法,在控制过程中考虑了蓄电池的过充、欠充、析气等问题,以延长蓄电池使用寿命,从而间接降低系统投资成本。该方法不仅充分利用了光照资源,提高系统发电效率,还保护了蓄电池,减少了蓄电池在充放电过程中产生析气现象,延长蓄电池使用寿命。在仿真软件MATLAB/Simulink中,搭建了系统的仿真模型。太阳能电池和蓄电池等元件参数以实验平台为依据,仿真结果验证了该控制方法可以有效控制光伏发电系统的正常运行,并依情况发出最大功率,与理论分析结果相一致。其次,在实验平台上设计了硬件电路和软件程序。控制电路选用数字信号处理器(Digital Signal Processing)TMS320F2812 DSP作为整个实验的核心元件,设计和焊制了信号检测电路、缓冲电路、驱动电路、调理电路和隔离放大电路等控制电路。软件设计在CCS3.3软件开发平台上实现,每个控制功能都编写成各自独立的子程序,主程序完成对各模块寄存器的初始化工作,而中断程序中根据需要调用子程序完成各部分具体的控制工作,通过对程序的不断调试、运行,得到可用于实验控制的程序。最后,在实验中对控制电路元器件参数值不断地改进,对程序中的控制参数不断地调整,直至完成光伏发电系统的控制任务,得到实验结果。结果表明,在外界条件变化的情况下,太阳能电池可以满足最大功率点跟踪(MPPT)控制的要求;在考虑到蓄电池过充、欠充、析气等问题的情况下,通过三阶段充电法控制,可以维持系统直流母线电压的恒定;只有当蓄电池处于满充状态,光伏系统还是有剩余电量时,才会使太阳能电池退出最大功率点跟踪(MPPT)控制状态,进入恒功率输出状态。实验控制效果良好,再次验证了将最大功率点跟踪(MPPT)和三阶段充电法结合的控制方法的可行性。 【关键词】：最大功率点跟踪 直流母线 蓄电池 充放电
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM615;TM912
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 课题研究背景11-12
• 1.2 光伏发电系统结构12-15
• 1.2.1 并网发电系统13
• 1.2.2 独立发电系统13-14
• 1.2.3 分布式发电系统14-15
• 1.3 储能技术15-17
• 1.4 本文研究的主要内容17-19
• 第二章 光伏发电充放电控制的基本原理19-37
• 2.1 最大功率点跟踪控制19-26
• 2.1.1 太阳能电池模型及输出特性19-21
• 2.1.2 最大功率点跟踪控制原理21
• 2.1.3 最大功率点跟踪电路21-22
• 2.1.4 最大功率点跟踪控制方法22-26
• 2.2 蓄电池组的充放电控制26-32
• 2.2.1 蓄电池充放电控制28-30
• 2.2.2 蓄电池组充放电电路30-32
• 2.3 蓄电池组的容量匹配32-36
• 2.3.1 决定蓄电池容量的影响因素32-33
• 2.3.2 约束条件33-34
• 2.3.3 目标函数34-35
• 2.3.4 蓄电池容量的确定35-36
• 2.4 本章小结36-37
• 第三章 光伏发电系统的MATLAB仿真37-51
• 3.1 最大功率点跟踪控制的MATLAB仿真及其结果37-40
• 3.1.1 太阳能电池的仿真建模37-38
• 3.1.2 最大功率点跟踪的仿真38-40
• 3.2 储能装置充放电控制的MATLAB仿真及其结果40-49
• 3.2.1 MATLAB仿真40-42
• 3.2.2 仿真结果42-49
• 3.3 本章小结49-51
• 第四章 光伏发电系统的硬件设计51-63
• 4.1 光伏发电系统硬件结构框图51-52
• 4.2 TMS320F2812DSP52-54
• 4.3 电压、电流检测电路54-57
• 4.3.1 直流检测电路54-56
• 4.3.2 交流检测电路56-57
• 4.4 BOOST电路和BOOST/BUCK电路57-59
• 4.4.1 电感电容取值57-58
• 4.4.2 二极管的选取58
• 4.4.3 驱动电路58-59
• 4.5 缓冲电路59-61
• 4.6 IPM功率模块及其驱动电路61-62
• 4.6.1 IPM功率模块61
• 4.6.2 驱动电源61-62
• 4.6.3 隔离放大电路62
• 4.7 本章小结62-63
• 第五章 光伏系统的软件设计63-73
• 5.1 程序设计思路64-65
• 5.2 子程序设计65-70
• 5.2.1 T1中断程序65-66
• 5.2.2 ADC采样程序66-67
• 5.2.3 最大功率点跟踪控制程序设计67-68
• 5.2.4 蓄电池充放电程序设计68-70
• 5.3 死区时间设置70-71
• 5.4 本章小结71-73
• 第六章 实验结果73-83
• 6.1 缓冲电路实验73-75
• 6.2 最大功率点跟踪实验75-77
• 6.3 蓄电池充放电实验77-80
• 6.4 逆变实验80
• 6.5 本章小结80-83
• 总结与展望83-85
• 参考文献85-89
• 致谢89-91
• 作者在攻读硕士学位期间的研究成果91

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