并网型风光互补发电系统的设计及网络控制

摘要

随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重，开发利用可再生新能源势在必行。世界各国已经把开发利用可持续新能源作为未来的能源发展战略。在目前可利用的新能源当中，太阳能和风能以资源丰富、无地域界线、清洁等独特优点受到了人们的广泛关注，而利用风能或太阳能设计的独立运行的风电系统或光电系统都有局限性，于是本文选择结合太阳能和风能在资源条件和技术应用上有很好的互补特性建立起来小型的风光互补发电系统为研究对象，该风光互补发电系统的研究和设计可以弥补独立式风、光发电系统的不足。本文根据风能和太阳能的互补性特点，研究设计了风光互补发电系统，并设计了整个发电系统的控制器，仿真实现了并网功能。具体主要完成的工作如下:
　　首先，根据风光互补特性，为小型风光互补发电系统设计了一个整体控制器，并且详细的分析了控制系统的结构，对风光互补控制器进行了硬件电路和软件流程的设计，并按照流程编出程序，进行了实验调试，给出了成功的测量结果。
　　其次，实现了风光互补发电系统能量存储和模拟并网功能，详细的对风光互补并网逆变器工作原理及模型理论进行分析，设计了并网逆变器的结构模型，对逆变器主电路的工作状态进行分析，同时设计了滤波电路和孤岛检测电路，并建立了并网逆变器、升压电路、孤岛检测电路的仿真模型，给出了仿真结果及分析。
　　最后，分析了逆变网络控制系统的稳定性和网络诱导时延问题，对网络诱导时延形成机理、组成和主要影响其因素进行了详细分析，对存在时延的逆变网络控制系统建立闭环系统模型，并根据数学模型分析了时延特性对系统的影响，以及研究了使网络控制系统中产生时延的因素。针对电力网络系统的时延和稳定性问题，采取了补偿措施，保证了系统的稳定性。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．2 风光发电系统的概述及国内外发展情况

1．2．1 太阳能、风能资源特点

1．2．2 风光互补发电系统的提出

1．2．3 国内外发展现状

1．3 研究意义

1．4 本文工作

第2章 风光互补发电系统的构成和运行机理

2．1 风光互补发电系统

2．2 风力发电机的分析

2．2．1 风力发电机类型

2．2．2 风力机运行工作特性

2．3 光伏电池分析

2．3．1 光伏电池的工作原理

2．3．2 光伏电池的等效电路及工作特性

2．4 储能装置—蓄电池

2．4．1 电池的工作特性及相关参数

2．4．2 蓄电池工作状态的描述

2．4．3 实验器材的选用及介绍

2．5 本章小结

第3章 风光互补发电系统的软硬件设计

3．1 控制系统的结构

3．2 风光控制系统的硬件设计

3．2．1 单片机及其外围电路的设计

3．2．2 串口通信电路的设计

3．2．3 DC／DC转换电路的设计

3．2．4 MOSFET管的驱动电路设计

3．2．5 电流采样电路的设计

3．2．6 电压采样电路的设计

3．2．7 DS18B20温度检测电路的设计

3．2．8 辅助电源电路的设计

3．2．9 保护电路的设计

3．3 风光控制系统的软件设计

3．3．1 主程序的设计

3．3．2 蓄电池智能充放电子程序的设计

3．3．3 光控负载工作子程序的设计

3．3．4 键盘程序的设计

3．3．5 实验实物图及测试结果

3．4 本章小结

第4章 风光互补并网逆变器工作原理及理论分析

4．1 风光互补并网逆变器的分类及选择

4．2 并网系统的拓扑结构分析和比较

4．3 并网逆变器主电路工作状态分析

4．3．1 DC／DC转换电路工作状态分析

4．3．2 光伏DC／AC逆变电路工作状态分析

4．4 并网DC／AC逆变系统控制矢量分析

4．5 风光互补并网逆变器的控制方式

4．6 滤波电路的设计

4．7 逆变器的Simulink仿真模型

4．8 孤岛检测设计

4．9 本章小结

第5章 电力网络控制系统的建模与分析

5．1 网络控制系统的基本问题

5．2 网络时延的特性分析

5．3 带有短时延的电力网络控制系统的建模与分析

5．3．1 模型的设计

5．3．2 控制器的设计

5．3．3 结果验证

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 本文总结

6．2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间所做工作