超级电容器储能系统在光伏发电系统中的研究与应用

【摘要】：超级电容器是一种新型绿色储能器件,具有充放电速度快、功率密度大、循环寿命长、高低温性能好等储能优势,此外,还具有免维护、无污染等优点,在储能领域将具有广阔的前景。针对蓄电池储能上的一些缺陷,本文以独立光伏发电系统为例,研究了超级电容器在储能领域中的应用。 分析了超级电容器的储能原理,引入了一种等效电路模型,并通过理论分析,给出了相关参数的测试方法。结合相关实验,研究了超级电容器的充放电特性,并对超级电容器储能系统中的关键技术问题进行了研究和探讨。 介绍了光伏电池及其工作原理,给出了光伏电池的等效电路及其工程用数学模型,并在仿真软件MATLAB中建立了光伏电池仿真模型。介绍了光伏电池的最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking, MPPT)原理,给出了几种常用MPPT方法,并进行了分析和比较,提出了一种改进的MPPT方法。构建了基于超级电容器储能的MPPT控制系统,并进行主电路及控制环节设计。仿真及实验表明,所用的MPPT方法具有较好的跟踪速度和精度,系统在不同的环境条件下,呈现出良好的稳定性。 构建了基于超级电容器储能的独立光伏发电系统的小功率实验平台,对系统的总体结构和控制系统进行设计,并分析了系统的能流及超级电容器在系统中的作用。根据超级电容器的储能特性,分别设计了超级电容器的充电控制器和放电控制器,对控制器的硬件部分进行了设计,并通过对充放电控制策略的分析,给出了相关的软件设计。仿真和实验结果验证了本系统的可行性以及良好的可靠性和稳定性。 【关键词】：超级电容器 光伏电池 光伏发电系统 最大功率点跟踪
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM53
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 课题背景及研究意义11-12
• 1.2 超级电容器的发展概况和研究现状12-15
• 1.2.1 超级电容器发展概况12-13
• 1.2.2 超级电容器储能技术的研究现状13-15
• 1.3 江南体育在线直播观看 发电技术15-17
• 1.3.1 光伏发电系统简介及在我国的发展前景15-16
• 1.3.2 应用于光伏发电系统的储能装置发展概况16-17
• 1.4 本文的主要工作及内容安排17-19
• 1.4.1 论文主要工作17-18
• 1.4.2 论文内容安排18-19
• 第二章 超级电容器储能特性的研究19-33
• 2.1 超级电容器——一种新型的储能器件19-22
• 2.1.1 超级电容器的储能原理19-20
• 2.1.2 超级电容器的储能优势20-21
• 2.1.3 超级电容器的等效电路模型21-22
• 2.2 超级电容器相关参数测试22-26
• 2.2.1 超级电容器等效串联电阻22-23
• 2.2.2 超级电容器等效并联电阻23-24
• 2.2.3 超级电容器等效电容量24-26
• 2.3 超级电容器充放电特性的研究26-29
• 2.3.1 超级电容器充电特性的研究26-28
• 2.3.2 超级电容器放电特性的研究28-29
• 2.4 超级电容器储能关键技术问题29-33
• 2.4.1 超级电容器串联均压技术29-31
• 2.4.2 超级电容器串并联切换技术31-33
• 第三章 基于超级电容器的光伏发电系统MPPT控制33-59
• 3.1 光伏电池及其特性33-42
• 3.1.1 光伏电池的工作原理33-34
• 3.1.2 光伏电池的等效电路及其工程用数学模型34-37
• 3.1.3 光伏电池的输出特性37-38
• 3.1.4 光伏电池工程用仿真模块的建立38-42
• 3.2 光伏发电系统最大功率点跟踪42-49
• 3.2.1 光伏电池最大功率点跟踪的原理42-43
• 3.2.2 常用的最大功率点跟踪控制方法43-47
• 3.2.3 一种改进的MPPT控制方法47-49
• 3.3 基于超级电容器储能的MPPT控制系统设计49-59
• 3.3.1 MPPT控制主电路的设计49-52
• 3.3.2 MPPT控制电路的控制环节52-53
• 3.3.3 基于超级电容器的MPPT控制系统仿真53-59
• 第四章 基于超级电容器储能的独立光伏系统59-69
• 4.1 系统的总体结构设计59-61
• 4.2 系统的储能分析61-64
• 4.2.1 超级电容器在系统中的作用61
• 4.2.2 系统的能流分析61-64
• 4.3 控制系统总体设计64-69
• 4.3.1 控制系统硬件设计64-65
• 4.3.2 控制系统软件设计65-69
• 第五章 超级电容器充放电控制69-89
• 5.1 充电控制器设计69-77
• 5.1.1 主电路及参数设计69-71
• 5.1.2 控制电路设计71-75
• 5.1.3 充电控制器软件设计75-77
• 5.2 放电控制器设计77-83
• 5.2.1 主电路及参数设计77-79
• 5.2.2 控制策略设计79-82
• 5.2.3 放电控制流程图82-83
• 5.3 系统仿真及实验83-89
• 5.3.1 系统仿真模型的建立83
• 5.3.2 光伏发电功率波动实验83-86
• 5.3.3 负载功率突变实验86-89
• 第六章 总结与展望89-91
• 6.1 论文主要工作总结89-90
• 6.2 前景展望及不足之处90-91
• 参考文献91-95
• 作者简历95-99
• 学位论文数据集99

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