无均衡管理的分布式家用光伏/锂电发电系统

【摘要】：当今世界传统能源匮乏日益严重,环境污染问题愈加严重。作为可以解决这两个问题的新能源也日益成为了社会大众的焦点,逐渐成为世界各国研究的热点。而又由于很多偏远地区自身所具有的特殊的地理环境,导致大电网难以延伸,从而使得这些地区供电困难,因此在这些地区需要独立的发电设备来满足用电需求。而这些地方往往有很丰富的太阳能资源,因此可以在这些偏远地区建立光伏发电系统进行供电。本文将传统的光伏发电系统原有的铅酸蓄电池由锂电池代替,并引入无均衡管理策略来弥补锂电池的自身缺陷。本文根据对偏远地区日照辐射度、日照时长和连续阴雨天等环境条件的调查,偏远地区典型家庭用电需求分析,设计了无均衡管理的分布式光伏/锂电家用发电系统具体方案。该系统方案由单体锂电池和与之匹配的光伏电池构成分布式自治模组,再由模组灵活串并联构成整个发电系统。提出了无均衡管理控制策略,在该控制策略下,锂电池和光伏电池能够在安全区域运行。该策略能够解决光伏电池列阵间的阴影效应,且相比于传统的锂电池自均衡管理策略,无均衡管理克服了锂电池组的一致性问题。在Matlab/Simulink仿真平台上,搭建无均衡光伏/锂电家用发电系统,并进行了仿真实验。仿真结果验证了系统的可行性和控制策略的有效性,并为硬件的实现提供了理论依据。设计研制了无均衡模组控制器,详细介绍了其硬件和相关器件的设计原理和参数选型。于此同时,搭建了无均衡光伏/锂电发电系统实验平台。通过对实验数据分析,验证了控制策略的有效性和无均衡管理的光伏/锂电发电系统的可行性。 【关键词】：光伏电池 锂电池 无均衡管理策略 家用发电系统
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4;TM912
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 研究意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-18
• 1.2.1 光伏发电系统13-14
• 1.2.2 锂电池均衡管理14-15
• 1.2.3 光伏/锂电发电系统15-18
• 1.3 本文主要研究内容18-19
• 第2章 光伏/锂电发电系统原理19-28
• 2.1 光伏电池19-22
• 2.1.1 光伏电池工作原理19-20
• 2.1.2 光伏电池模型20-21
• 2.1.3 光伏电池基本特性21-22
• 2.2 锂电池22-25
• 2.2.1 锂电池工作原理22-23
• 2.2.2 锂电池主要参数23
• 2.2.3 锂电池的充电方法23-24
• 2.2.4 锂电池的特性24-25
• 2.3 光伏/锂电发电系统25-27
• 2.3.1 拓扑结构25-27
• 2.3.2 控制器27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 无均衡光伏/锂电发电系统设计方案28-41
• 3.1 系统设计28-32
• 3.1.1 系统负载需求分析28-29
• 3.1.2 地理环境分析29-30
• 3.1.3 系统配置30-31
• 3.1.4 系统参数设置31-32
• 3.1.5 控制策略32
• 3.2 建模及仿真验证32-40
• 3.2.1 锂电池建模及仿真32-33
• 3.2.2 光伏电池建模及仿真33-34
• 3.2.3 系统建模及仿真34-40
• 3.3 本章小结40-41
• 第4章 无均衡光伏/锂电发电模组控制器41-53
• 4.1 模组硬件电路设计41-47
• 4.1.1 模组控制电路41-42
• 4.1.2 数据采集电路42-44
• 4.1.3 充电电路44-45
• 4.1.4 负载电路45
• 4.1.5 状态指示电路45-46
• 4.1.6 弱电供电单元46-47
• 4.2 模组控制器软件设计47-49
• 4.3 模组控制器电路仿真49-51
• 4.3.1 模组电路49-50
• 4.3.2 仿真及结果分析50-51
• 4.4 模组控制器电路实现51-52
• 4.5 本章小结52-53
• 第5章 无均衡光伏/锂电发电系统性能测试53-60
• 5.1 实验系统搭建53-55
• 5.1.1 实验平台硬件介绍53-54
• 5.1.2 实验测试软件介绍54
• 5.1.3 实验系统搭建54-55
• 5.2 实验测试及结果分析55-59
• 5.2.1 单体模组的实验结果55-56
• 5.2.2 无均衡实验系统测试结果56-59
• 5.3 本章小结59-60
• 结论60-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-67
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果67

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