海用风光互补智能控制器的研制

摘要

当今世界传统能源不足已成为共识,而且传统能源在海洋环境下的供给尤为困难,难以保障持续供给,那么开发自给自足绿色环保的新能源成为时代不得不面对的课题。在诸多可再生能源中风能与太阳能是应用最广,历史悠久且发展前景最为乐观的两种能源。由于电能是目前最为主要的能源消耗方式,所以太阳能发电以及风能发电成为目前的研究热点,它包含高效发电,电能存储,稳定性研究等方面。本文讲述的风光互补发电系统综合考虑了两种能源间歇性与时间上互补性特点,提取它们的互补性结合高效的能量转换,存贮以及必要的控制手段产生稳定持续的电能输出。
　　风光互补发电系统主要由:发电系统、控制系统、储能系统与负载控制系统四个部分组成。其中发电系统由光伏电池与风力发电机组成,各大厂商技术业已成熟并形成规模。储能系统多采用蓄电池进行电力存储,属于电化学的范畴。负载控制系统可以归并到控制系统,控制系统是整个发电系统的控制中心,关系到系统的稳定性、安全性、转换效率以及负载控制。控制系统的差异影响到整个发电系统的性能。本文重点研究设计一套高性能的智能控制系统。
　　本文主要从如下几个部分进行阐述:
　　1.介绍风光互补发电的时代背景和现实意义,概括其历史发展,总结分析国内外风光发电技术的研究现状,并探讨今后的发展趋势。
　　2.从系统层面上对风光发电系统的四个部分进行工作原理剖析。并在此基础上提出控制系统的整体设计思路,通过模块化的设计分析并降低设计复杂度。分析选择了针对风能与太阳能支路的电力转换拓扑。考虑到蓄电池特性,选择合适充电控制策略。对比分析常见的MPPT算法,提出一种改进型的MPPT算法。
　　3.在提出的模块化设计思路的指导下,系统分为太阳能充电部分,风能充电部分,负载控制部分以及以 STM32F107为核心的控制部分进行硬件电路设计。结合本文提出的控制策略,进行下位机嵌入式控制软件设计,并着重对MPPT最大功率跟踪算法进行阐述。同时为方便管理,采用C＃语言在VS2008平台编写了基于ZedGraph图表控件的上位机管理软件。最后采用MATLAB-SIMULINK对光伏电池进行建模仿真,探讨光伏电池的PV特性与IV特性。
　　4.进行系统的实验室调试与功能测试,比对系统工作状态是否达到预定目标,通过上位机管理软件实时观测系统的运行状态,并记录运行数据。

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第1章 绪论

1.1 课题的研究背景和意义

1.2 国内外研究现状和发展趋势

1.3设计目标与论文结构

第2章 系统总体方案设计

2.1系统总体结构

2.2 太阳能电池

2.3 风力发电机

2.4 储能系统

2.5负载控制系统

2.6本章小结

第3章 控制器控制策略选择与设计

3.1控制器拓扑分析与选择

3.2 MPPT最大功率点跟踪策略

3.3功率选择与安全控制策略

3.4本章小结

第4章 控制器系统硬件设计

4.1系统硬件整体结构

4.2控制单元硬件设计

4.3太阳能充电电路设计

4.4风能充电电路设计

4.5负载控制电路设计

4.6外围电路设计

4.7.本章小结

第5章 系统软件设计

5.1下位机控制软件设计

5.2上位机软件设计

5.3本章小结

第6章 系统调试

6.1硬件调试

6.2软件调试

6.3 综合调试与性能测试

6.4 本章小结

第7章 总结与展望

7.1总结

7.2展望

致谢

参考文献

附录