基于混合储能的独立光伏发电系统的研究

【摘要】：伴随全球经济的快速发展,一次能源迅速被消耗,造成全世界范围内的能源危机和环境污染。太阳能以其取之不尽、用之不竭、安全可靠无污染等优点被人类所关注。但是,随着独立光伏发电系统的大规模发展,以及各种冲击性功率设备的不断增加,对储能装置提出了新的要求。因此,研究新型储能装置具有重要意义。本文针对基于蓄电池和超级电容混合储能的独立光伏发电系统进行研究。 首先,本文分析了蓄电池和超级电容混合系统的3种结构,并建立了蓄电池和超级电容直接并联混合储能系统的等效模型,通过对等效模型的理论分析,针对脉动负载,分析了混合储能系统的性能改善情况。根据蓄电池和超级电容不同的充放电特性,采用不同的充放电控制策略来实现稳压限流。本文采用双向半桥DC/DC变换器控制蓄电池和超级电容的充放电。 其次,根据太阳能电池、蓄电池组、超级电容组3个能量源的特点,提出了一种能量控制策略。系统能量管理的核心是根据太阳能电池、蓄电池组、超级电容组的工作状态,控制单向Boost变换器、双向半桥DC/DC变换器1和双向半桥DC/DC变换器2工作在合适的工作模式,从而使这三种能量源协调工作,确保供电系统的高效稳定运行及快速响应。 最后,本文对基于蓄电池单独储能的独立光伏发电系统和基于蓄电池和超级电容混合储能的独立光伏发电系统分别建模仿真,通过对仿真结果的比较分析,得出混合储能装置不仅能快速的满足负载要求,而且使蓄电池免受大电流充放电的冲击,提高了系统的功率输出能力、延长了蓄电池寿命。 【关键词】：光伏发电系统 蓄电池 超级电容 混合储能 能量管理
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615;TM912
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 目录9-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 课题研究的背景及意义11-12
• 1.2 光伏发电产业国内外产业现状和发展前景12-13
• 1.2.1 国外光伏发电产业现状和发展前景12
• 1.2.2 中国光伏发电产业现状和发展前景12-13
• 1.3 独立光伏发电系统的现状和发展前景13-16
• 1.3.1 独立光伏发电系统的应用领域13-14
• 1.3.2 独立光伏发电系统的结构分析14-16
• 1.4 本文的主要工作16-17
• 第2章 独立光伏系统主要组成及其特性分析17-35
• 2.1 独立光伏系统的主要组成17
• 2.2 太阳能电池特性17-21
• 2.2.1 太阳能电池的工作过程17-18
• 2.2.2 太阳能电池的等效电路分析18-19
• 2.2.3 太阳能电池工程用的数学模型与仿真分析19-21
• 2.3 蓄电池特性21-24
• 2.3.1 铅酸蓄电池充放电原理21-22
• 2.3.2 铅酸蓄电池等效电路模型22
• 2.3.3 铅酸蓄电池充放电端电压变化特性22-24
• 2.3.4 影响铅酸蓄电池寿命的主要因素24
• 2.4 超级电容器特性24-33
• 2.4.1 超级电容器的特点及应用24-26
• 2.4.2 超级电容器等效电路模型26-27
• 2.4.3 超级电容充放电的分析27-28
• 2.4.4 超级电容器串联均压电路的研究28-33
• 2.5 本章小结33-35
• 第3章 蓄电池储能独立光伏系统的仿真与分析35-49
• 3.1 太阳能光伏最大功率点的跟踪35-40
• 3.1.1 最大功率跟踪方法35-36
• 3.1.2 MPPT控制主电路分析36-38
• 3.1.3 基于Boost变换器的MPPT仿真分析38-40
• 3.2 蓄电池储能独立光伏发电系统设计及仿真分析40-48
• 3.2.1 系统主电路分析40
• 3.2.2 系统的工作模式选择40-42
• 3.2.3 系统的能量管理控制42
• 3.2.4 系统的仿真验证42-48
• 3.3 本章小结48-49
• 第4章 混合储能独立光伏系统的仿真与分析49-69
• 4.1 混合储能系统的特点49
• 4.2 混合储能系统的数学模型分析49-52
• 4.3 混合储能系统的性能分析52-53
• 4.4 混合储能系统的结构分析53-55
• 4.4.1 直接并联混合储能系统53-54
• 4.4.2 通过电感器并联混合储能系统54
• 4.4.3 通过功率变换器并联的混合储能系统54-55
• 4.5 混合储能系统的主电路模型55-56
• 4.6 混合储能系统容量和变换器参数的选择56-59
• 4.7 混合储能系统的工作模式的选择59-61
• 4.8 系统能量管理控制策略61-63
• 4.9 系统的仿真验证63-68
• 4.10 本章小结68-69
• 结论69-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-76
• 攻读硕士期间发表的论文及科研成果76

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