基于超级电容器储能的独立光伏发电系统关键技术研究

摘要

随着全球能源危机、温室效应、环境污染的加剧，发展新能源成为一种解决此类问题的方法。太阳能作为一种新能源，具有对环境没有污染以及可以无限使用的特点，所以其发展前景比较好。太阳能使用的主要形式是光伏发电。
　　本文的研究对象是以超级电容器作为储能元件的独立光伏发电系统，对系统的各个组成部分进行了整体的理论分析。对系统关键技术MPPT和超级电容储能部分进行详细研究。
　　本文首先介绍几种常见的光伏发电系统类型及组成，提出本文研究对象——独立光伏发电系统组成及其关键技术。其次，分析光伏电池的工作原理，并用MATLAB软件建模对其仿真分析，为研究光伏电池MPPT控制方法提供基础。接着对最大功率跟踪原理进行分析，并对几种常见的MPPT控制方法进行分析比较，提出了一种变步长扰动观测法。构建了以Boost电路作为主电路的MPPT控制系统，仿真结果表明变步长扰动算法在跟踪速度和精度上有较好的效果;在环境条件变化情况下，系统呈现较好的稳定性。最后，对超级电容器储能原理和优势作了详细介绍，建立了超级电容器的等效电路模型。对双向DC/DC变换器作了重点研究，对其小信号数学模型进行推导，提出了电压外环电流内环双环的控制方法。用MATLAB对超级电容器储能系统的充放电进行仿真，仿真结果验证了对超级电容器充放电采用双环控制是有效、可靠的。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 光伏产业的发展及前景

1．2．1 国外光伏产业的发展及前景

1．2．2 国内光伏产业的发展及前景

1．3 超级电容器及其储能研究现状

1．3．1 超级电容器发展概述

1．3．2 超级电容器储能应用的研究现状

1．4 本文主要工作内容

2 太阳能独立光伏发电系统

2．1 太阳能光伏发电系统的分类

2．2 本文研究的独立光伏发电系统

2．2．1 系统结构

2．2．2 关键技术问题

2．3 本章小结

3 光伏发电系统的MPPT控制

3．1 太阳能光伏电池模型

3．1．1 光伏电池的工作原理

3．1．2 光伏电池模型及特性

3．1．3 光伏电池的仿真建模

3．2 最大功率点跟踪原理及控制方法

3．2．1 最大功率点跟踪控制原理

3．2．2 最大功率点跟踪控制方法

3．2．3 本文采用的MPPT控制方法

3．3 光伏发电系统MPPT控制

3．3．1 MPPT控制主电路

3．3．2 MPPT主电路参数设计

3．3．3 基于扰动观测法的MPPT仿真分析

3．4 本章小结

4 超级电容器储能系统研究

4．1 超级电容器特性

4．1．1 超级电容器特点

4．1．2 超级电容器性能指标

4．1．3 超级电容器等效电路模型

4．1．4 超级电容器容量选择

4．2 双向DC／DC变换器

4．2．1 双向DC／DC变换器的分类及确定

4．2．2 双向半桥变换器的工作原理及工作方式

4．2．3 双向变换器的建模

4．2．4 储能双向变换器控制策略

4．3 基于双向DC／DC的超级电容器储能系统的控制

4．3．1 储能独立光伏发电系统运行工况

4．3．2 基于双向DC／DC的超级电容器储能系统的仿真

4．4 本章小结

5 总结

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果