基于Z源变换风光互补路灯控制系统研究

摘要

迫于资源短缺和环境污染日趋严重的压力，为实施可持续发展战略，可再生能源的利用已成为全世界人们关注的焦点，可再生能源中，风能和太阳能发电技术得到了快速发展。但单独的风力发电系统或太阳能发电系统都受到风能和太阳能随机性的影响，运行的可靠性都不尽如人意。而太阳能和风能在时间变化和地域分布上有很强的互补性，使得风光互补发电系统可以很好的克服单独发电系统能量不均衡、不稳定的缺点，实现负载不间断供电和储能环节的合理应用。因此设计风光互补路灯控制系统是十分必要的。
　　 本论文介绍了风光互补路灯系统的发展背景，综述了风光互补发电系统国内外的研究现状和发展趋势，阐述了风光互补路灯系统的组成及工作原理，详细论述了风力发电机、光伏阵列和蓄电池的运行原理及特性；结合当地的风能和太阳能资源情况，根据系统的设计要求确定了风力发电机、太阳能电池和蓄电池的容量，在保证负载用电需求的条件下，综合考虑投资成本等因素实现风力发电机和太阳能电池的合理匹配。对Z源调压电路的调压原理进行了仿真分析。在分析了系统中各部分原理和运行特性基础上归纳出了切实可行的运行控制策略，主要是对蓄电池的控制和负载的控制，蓄电池的控制包括充电电压的控制、充放电过程控制，过充电和过放电控制，蓄电池剩余电量的显示控制和过充电压的温度补偿控制。负载的控制采用了光控和时间控制方式。根据方案和控制策略，结合微计算机控制技术，以单片机为核心对风光互补路灯控制系统进行了软、硬件的设计；在硬件的设计方面，进行了风机整流滤波电路、泄荷电路、单片机外围电路、驱动电路、调压电路，状态显示电路以双辅助电源等电路的设计；在软件设计方面，采用了模块化设计的方案，将具有相同功能的程序段编为子程序，通过主程序对其调用以实现相关功能。
　　 最后对系统中的Z源调压电路进行了原理验证实验和恒压实验，最后在实验室搭建的实验台上进行了联调实验，验证了控制器的控制功能。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景

1.1.1 能源与环境问题

1.1.2 可再生能源的综合利用

1.1.3 风光互补发电的提出

1.1.4 风光互补发电系统的应用前景

1.2 风光互补发电国内外研究现状及发展趋势

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第2章 风光互补路灯系统的构成及工作原理

2.1 风光互补路灯系统的整体结构

2.2 风力发电机组

2.2.1 风力发电机组的分类

2.2.2 风力发电机组的结构

2.2.3 风力发电机组原理及特性

2.3 太阳能电池原理及特性

2.3.1 太阳能电池的工作原理

2.3.2 太阳能电池的特性

2.4 蓄电池工作原理及特性

2.4.1 铅酸蓄电池的工作原理

2.4.2 铅酸蓄电池的特性

2.5 系统中主要部件容量的选择

2.6 本章小结

第3章 基于Z源功率变换技术的分析与仿真

3.1 调压电路的提出

3.2 Z源调压电路的特点

3.3 Z源调压电路的原理分析

3.3.1 Z源调压电路的拓扑结构

3.3.2 Z源调压电路工作原理分析

3.4 Z源调压电路的仿真结果

3.5 恒压调节的设计

3.5.1 恒压调节占空比D的研究

3.5.2 恒压调节的仿真

3.6 本章小结

第4章 风光互补路灯控制系统设计

4.1 风光互补路灯系统总体设计思路

4.2 风光互补路灯控制系统硬件设计

4.2.1 风力发电机整流滤波电路

4.2.2 泄荷器电路

4.2.3 Z源调压电路

4.2.4 蓄电池充放电控制电路

4.2.5 单片机及其外围电路

4.2.6 开关管驱动电路

4.2.7 辅助电源

4.2.8 检测电路

4.2.9 状态显示电路

4.2.10 控制器实物图

4.3 风光互补路灯控制系统软件设计

4.3.1 系统功能简介

4.3.2 系统主程序流程

4.3.3 数据采集子程序

4.3.4 调压控制子程序

4.3.5 温度补偿子程序

4.3.6 蓄电池充放电子程序

4.3.7 负载控制子程序

4.4 本章小结

第5章 实验研究及结果分析

5.1 Z源调压电路的调试

5.2 控制器的调试与联机实验

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢