基于独立运行模式的光伏发电系统研究

【摘要】：进入：十世纪以来,随着全球经济的迅猛发展、人口的不断增加和人类生活水平的逐步提高,世界能源消费量持续增长。当前,在全世界的能源消费中,绝大部分来自于化石能源。煤炭、石油和天然气三大化石能源正逐步消耗,能源危机将成为世界各国共同面临的严峻课题,于是各国都积极寻找和开发各种新能源。太阳能由于其取之不尽、用之不竭和清洁安全等特点,被认为是当前最具潜力的发电方式。对太阳能光伏发电系统进行,能够缓解能源危机、减少污染环境以及减小温室效应等。 由于光伏电池是太阳能光伏发电系统的核心部件和能源供给部分,因此,在对独立光伏发电系统进行研究时,光伏电池的仿真模型极其重要。在本文中,通过光伏电池的理想和实际数学模型建立了光伏电池的MATLAB仿真模型以及建立了六光伏电池组件的仿真模型。在建立了光伏电池阵列仿真模型的基础上,还建立了基于Boost DC-DC变换器的光伏发电系统最大功率点跟踪MATLAB仿真模型,仿真的结果证明了理论的正确性。 基于上述的理论研究,本文以独立运行模式下的四川某加油站太阳能供电系统作为背景和依托,分析了独立光伏发电系统的各个组成部分。针对太阳能电池板的光电转换效率和投资成本问题,提出了采用目前使用较多的多晶硅太阳能电池板作为该独立光伏系统的光伏方阵。针对蓄电池故障而影响系统正常工作的情况时有出现的问题,提出选择适合维护的胶体阀控铅酸蓄电池来作为独立光伏发电系统的储能设备。针对如何使铅酸蓄电池更合理的充、放电的问题,提出选择具有太阳能电池板夜间防反充电、蓄电池过充电、过放电等功能的光伏控制器。针对负载的不同问题,选择了适合该独立系统的正弦波逆变器。 最后,通过对整个独立光伏发电系统进行的经济效益和环境效益分析。可以看出,虽然太阳能光伏发电系统的成本还是略高于电网供电,但是在各种政策的支持下在市电不容易提供电能的地区,独立光伏系统依然是最佳的选择。而光伏系统作为绿色能源,将成为发展新能源的首选。 【关键词】：太阳能光伏发电系统 最大功率点跟踪 MATLAB仿真
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-15
• 1.1 研究背景及意义8-9
• 1.2 光伏发电现状及发展9-12
• 1.2.1 国外研究现状9-11
• 1.2.2 国内研究现状11-12
• 1.3 光伏发电的主要问题及发展前景12-14
• 1.3.1 光伏发电的主要问题12-13
• 1.3.2 未来的投资热点及发展前景13-14
• 1.4 本次研究的主要内容14-15
• 第2章 光伏系统的组成及关键问题15-28
• 2.1 太阳能光伏发电系统的组成15-16
• 2.2 并网光伏发电系统特点及关键问题16-17
• 2.3 独立光伏发电系统特点及关键问题17-18
• 2.4 光伏变换电路18-23
• 2.4.1 光伏直流变换电路18-22
• 2.4.2 光伏逆变电路22-23
• 2.5 光伏储能及其充放电模式23-27
• 2.5.1 铅酸蓄电池充放电控制特性23-25
• 2.5.2 蓄电池充放电控制25-27
• 2.6 本章小结27-28
• 第3章 光伏电池及其特性28-34
• 3.1 光伏电池的工作原理28-29
• 3.2 光伏电池的结构及分类29-31
• 3.2.1 光伏电池的结构29-30
• 3.2.2 光伏电池的分类30-31
• 3.3 光伏电池数学模型31-32
• 3.4 光伏电池的工程用数学模型32-33
• 3.5 本章小结33-34
• 第4章 光伏阵列的最大功率点跟踪34-41
• 4.1 光伏电池的输出特性34
• 4.2 MPPT原理34-35
• 4.3 MPPT算法35-40
• 4.3.1 恒定电压法35-36
• 4.3.2 干扰观测法36-37
• 4.3.3 电导增量法37-38
• 4.3.4 模糊逻辑控制法38-39
• 4.3.5 神经网络控制法39-40
• 4.4 本章小结40-41
• 第5章 光伏发电系统仿真41-52
• 5.1 MATLAB简介41-42
• 5.2 光伏电池仿真42-45
• 5.2.1 理想的光伏电池仿真42-43
• 5.2.2 理想的光伏电池仿真43-45
• 5.3 光伏组件仿真45-47
• 5.4 Boost DC-DC变换器的最大功率点跟踪仿真47-51
• 5.5 本章小结51-52
• 第6章 基于西昌加油站的独立光伏发电系统设计52-70
• 6.1 设计施工依据52
• 6.2 光伏电池的选型及设计52-57
• 6.2.1 光伏阵列装机容量计算52-53
• 6.2.2 光伏阵列的倾角和方位角选择53-54
• 6.2.3 光伏电池参数计算及选型54-56
• 6.2.4 光伏电池阵列的安装56-57
• 6.3 蓄电池的选型及设计57-59
• 6.3.1 蓄电池参数计算及选型57-59
• 6.3.2 蓄电池的安装59
• 6.4 控制器的选型及设计59-60
• 6.5 逆变器的选型及设计60-61
• 6.6 备用电源61-62
• 6.7 电缆62-63
• 6.8 系统防雷与接地63-67
• 6.8.1 系统接地63
• 6.8.2 系统防雷63-65
• 6.8.3 避雷设备的设计65-67
• 6.9 系统经济效益和环境效益分析67-69
• 6.9.1 光伏发电系统经济效益分析67
• 6.9.2 光伏发电系统环境效益分析67-68
• 6.9.3 加油站光伏阵列效果图68-69
• 6.10 本章小结69-70
• 第7章 结论与工作展望70-71
• 7.1 本文主要工作70
• 7.2 下一步工作设想70-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-76
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果76

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