双电源太阳能路灯系统的研究

【摘要】： 随着能源危机和环境危机日益加剧,新能源的开发和利用成为当今世界发展的必然趋势。太阳能是一种十分具有潜力的清洁能源,光伏发电是利用太阳能的主要方式之一。光伏发电对缓解能源危机和减少环境污染具有重要的意义。本文针对光伏发电重要的利用形式之一——双电源太阳能路灯系统进行了研究。 论文总结了目前已有太阳能路灯的不足,提出了一种采用光伏电池作为一次能源,市电作为补给能源,蓄电池作为储能单元,LED灯具作为照明光源的双电源太阳能路灯系统。该系统具有以下特点:①有市电作为补给能源,光伏电池和蓄电池容量与LED灯具功率不必满足严格的匹配关系,也不必考虑因连续阴雨天气而增加光伏电池和蓄电池的安装容量,可以大幅度减少系统的投资成本;②针对蓄电池的充电电源的特殊性,采取在恒压充电和浮充充电阶段的同时进行并网,可以大幅度提高光伏电池的利用率,并且由于蓄电池直接与直流母线相连接,起到稳定逆变器直流侧电压的作用,可以有效改善并网电流的质量;③蓄电池储能不足时,由市电来给路灯供电,提高路灯工作可靠性,也避免了蓄电池因过度放电带来的损坏,系统还设计用市电定期为蓄电池进行完全充电一次,避免蓄电池因长期光照不足而处于未完全充电状态而导致其容量亏损;④针对系统中存在多种电源,提出一种新的能量管理控制策略;⑤本系统采取对多盏路灯集中供电的方式,将光伏电池集中安装在居民楼上,解决了光伏电池安装和被遮光的难题。 进了变换器的主电路和控制电路设计,并针对双电源太阳能路灯系统的不同工作模式,设计了变换器的不同控制策略,Boost变换器根据光照强度去选择工作在合适的最大功率点跟踪控制模式;Buck变换器根据蓄电池的状态去选择工作在恒流输出模式或者恒压输出模式;当Buck变换器工作在恒压模式时,整流/逆变器就会工作在并网逆变器状态。通过选用Boost变换器和Buck变换器电流或者电压调节器,实现对光伏电池转换的能量进行管理,本文中变换器的控制器均采用PID调节器。最后对整个系统的能量流动进行管理,设计出能量管理的控制电路。 本文还对定电压跟踪法和扰动观察法进行改进,并应用在双电源太阳能路灯系统中。在光伏并网控制时,本文采用PI控制和重复控制结合的复合型控制器,有效减小并网电流与指令电流之间的误差。论文最后对光伏电池模型、改进的MPPT算法、光伏并网和Buck变换器的输出情况进行仿真验证。 【关键词】：双电源太阳能路灯 能量管理控制 最大功率点跟踪 扰动观察法
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM923.4
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 课题研究背景8-10
• 1.1.1 能源及环境污染问题8
• 1.1.2 太阳能的特点及优势8-10
• 1.2 光伏发电的特点及研究现状10-13
• 1.2.1 光伏发电的特点与运行方式10-12
• 1.2.2 光伏发电的研究现状12-13
• 1.3 太阳能路灯研究现状13-15
• 1.3.1 单电源太阳能路灯研究现状13-15
• 1.3.2 双电源太阳能路灯研究现状15
• 1.4 本文主要工作15-16
• 2 双电源太阳能路灯系统的拓扑结构16-23
• 2.1 光伏电池的配置16-17
• 2.2 蓄电池配置17-20
• 2.2.1 铅酸蓄电池的工作原理18-19
• 2.2.2 铅酸蓄电池的充放电方式19-20
• 2.3 光源配置20-21
• 2.4 双电源太阳能路灯系统的特点21-22
• 2.5 本章小结22-23
• 3 系统设计和能量管理控制23-44
• 3.1 系统容量设计23-26
• 3.1.1 设计任务和系统要求23
• 3.1.2 光伏电池容量设计与选择23-25
• 3.1.3 蓄电池容量设计和选择25-26
• 3.2 系统电路设计26-37
• 3.2.1 Boost 变换器设计27-31
• 3.2.2 Buck 变换器设计31-37
• 3.3 系统能量管理控制37-43
• 3.3.1 变换器的控制策略37-40
• 3.3.2 系统工作模式40-43
• 3.4 本章小结43-44
• 4 最大功率点跟踪与光伏并网控制策略44-59
• 4.1 光伏电池及其输出特性44-47
• 4.1.1 光伏电池的原理与数学模型44-46
• 4.1.2 光伏电池的输出特性46-47
• 4.2 光伏电池最大功率点跟踪控制47-50
• 4.2.1 最大功率点跟踪原理47-48
• 4.2.2 最大功率点跟踪方法48-50
• 4.3 改进的MPPT 算法50-53
• 4.3.1 改进定电压跟踪法50-51
• 4.3.2 改进的扰动观察法51-53
• 4.4 光伏并网控制策略53-58
• 4.4.1 PI 控制策略54-56
• 4.4.2 重复控制策略56
• 4.4.3 基于PI 控制和重复控制的复合型控制策略56-58
• 4.5 本章小结58-59
• 5 仿真验证59-67
• 5.1 光伏电池仿真59-61
• 5.2 光伏电池MPPT 仿真61-63
• 5.2.1 改进扰动观察法61-62
• 5.2.2 改进定电压跟踪法62-63
• 5.3 光伏并网仿真63-64
• 5.4 直流母线电压突变对并网电流影响的仿真64-65
• 5.5 Buck 变换器输出仿真65
• 5.6 本章小结65-67
• 6 结论与展望67-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-74
• 附录74

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