独立光伏发电系统储能电路研究

【摘要】：独立光伏发电已经成为解决能源危机和改善环境的重要途径，但是，发电系统转换效率低、储能蓄电池容易失效、系统稳定性不高，这使得原本成本就高于传统发电方式的光伏发电更是雪上加霜，失去了市场竞争力。本课题的主要研究目的是提高独立光伏发电系统的效率，延长蓄电池在光伏发电系统中的使用寿命，这将有利于光伏发电的推广与应用。本文主要内容有： 首先，分析独立光伏发电系统各主要部件的特性，利用Matlab/Simulink对光伏电池进行建模仿真，研究分析日照强度和温度对光伏阵列输出特性的影响；分析总结蓄电池在光伏发电系统中特有的充放电特性和影响其寿命的主要因素；通过对常用控制电路的分析，提出了有利于提高效率和延长蓄电池使用寿命的控制方案。 其次，通过对光伏发电系统充电方式和DC-DC电路拓扑结构及控制方式的分析，利用开关电源芯片LTC3787设计了两相并联、相位交错充电电路，根据光伏电池输出电压范围的不同调整充电电压，使其可分别满足24V和48V的蓄电池组充电。利用LTspice软件对电路进行仿真分析，比较了单相工作和并联工作充电电压的稳定性；对电路采用同步整流设计和续流二极管设计时的转换效率也进行了比较。 然后，在分析蓄电池均衡判别依据和现有均衡电路的基础上，提出了新的均衡方案，设计了以电压值为均衡判别依据，不需要检测电路、可模块化应用的均衡电路，可在蓄电池充电时实现自动、同步均衡；从均衡过程和能量转移角度分析了电路的可行性。 最后通过实验表明，本文设计的方案可完成光伏发电蓄电池的高效储能，同时可更好的保护蓄电池，延长其使用寿命。 【关键词】：独立光伏发电 光伏组件 储能蓄电池 控制电路 电压均衡
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题背景及研究目的和意义10-11
• 1.2 光伏发电的发展现状及前景11-13
• 1.2.1 国内外光伏产业的发展现状及前景11-12
• 1.2.2 国内外光伏发电技术的发展及现状12-13
• 1.3 光伏发电在实际应用中存在的问题13-14
• 1.4 本文的主要研究内容14-16
• 第2章 独立光伏发电系统储能电路整体设计16-32
• 2.1 独立光伏发电系统的构成16
• 2.2 太阳能电池工作原理及建模分析16-25
• 2.2.1 光伏电池的工作原理16-17
• 2.2.2 光伏电池的输出特性分析17-19
• 2.2.3 光伏电池建模及仿真分析19-25
• 2.3 光伏发电系统中铅酸蓄电池的工作特性分析25-29
• 2.3.1 铅酸蓄电池的充放电原理25-27
• 2.3.2 铅酸蓄电池电学特性分析27-28
• 2.3.3 光伏发电系统中影响铅酸蓄电池使用寿命的因素28-29
• 2.4 独立光伏发电系统蓄电池储能控制电路分析29-31
• 2.5 独立光伏发电系统蓄电池储能控制电路整体结构设计31
• 2.6 本章小结31-32
• 第3章 独立光伏发电系统充电电路设计32-52
• 3.1 光伏发电系统中蓄电池充电方法32-33
• 3.2 DC-DC 变换器基本拓扑结构及控制方式33-36
• 3.2.1 DC-DC 变换器的拓扑结构33-35
• 3.2.2 DC-DC 变换器的控制方式35-36
• 3.3 本文 DC-DC 变换器的设计36-39
• 3.3.1 本文设计的 DC-DC 变换器基本拓扑结构36-37
• 3.3.2 主控芯片电路设计37-39
• 3.3.3 输出电压及软启动设计39
• 3.4 充电控制电路设计39-41
• 3.5 光伏组件输出电压采样电路41-42
• 3.6 电路中芯片及参考电压供电电路设计42
• 3.7 DC-DC 变换器设计仿真与分析42-48
• 3.7.1 输出电压 27.2V 时的仿真结果及分析43-46
• 3.7.2 输出电压 54.4V 时的仿真结果及分析46-48
• 3.8 DC-DC 变换电路效率仿真及分析48-51
• 3.9 本章小结51-52
• 第4章 光伏发电储能蓄电池电压均衡电路设计52-66
• 4.1 光伏发电系统中蓄电池失效的主要原因52-53
• 4.2 本文均衡方案的选择及电路的具体设计53-60
• 4.2.1 蓄电池组均衡判别依据53
• 4.2.2 蓄电池端电压均衡方法分析53-57
• 4.2.3 本文蓄电池均衡方案的选择57
• 4.2.4 蓄电池均衡电路的具体设计57-59
• 4.2.5 开关通断控制电路的具体设计59-60
• 4.3 电路工作原理及过程分析60-63
• 4.3.1 工作原理和可行性分析60-62
• 4.3.2 能量转移和损耗分析62-63
• 4.4 均衡电路模块化设计63-65
• 4.5 本章小结65-66
• 第5章 实验验证与结果分析66-72
• 5.1 充电电路的实现和实验结果66-67
• 5.2 蓄电池端电压均衡电路验证和实验结果67-69
• 5.3 本章小结69-72
• 结论72-74
• 参考文献74-78
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果78-79
• 致谢79-80
• 作者简介80

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