风光互补家用电源的研制

摘要

进入21世纪,能源问题已经成为关系到人类生存和发展的首要问题.从能源安全和保障生态环境出发,迫切需要采取措施加大可再生能源的开发利用并不断提高技术水平.太阳能和风能的利用近年来日趋受到各国的普遍重视,已经成为新能源领域中开发利用水平最高,技术最成熟,应用最广泛,最具商业化发展条件的新型能源. 论文源于风光互补家用电源项目,该项目的目的是向我国现存的900多万无电户(总人口达2900万)提供基本生活用电.在对国内外的技术现状和发展趋势进行综述的基础上,结合我国实际情况,提出了在满足性能要求的前提下,以经济成本最优为目标的风光互补系统匹配设计方案,为降低成本,提高可靠性和整机效率,设计风光互补控制逆变一体机.设计中提出了一种基于扰动观测回探法的风光互补系统MPPT控制策略.在机箱结构设计中,基于空气动力学来设计内部散热结构,并利用隔板把电路部分和变压器分开,提高电磁兼容性.基于价格低廉且性能稳定的工业级单片机PIC16F73设计了户用电源的控制电路,有助于提高系统的稳定性和可靠性. 在工程设计实践中,提出了一种基于经验的简化设计.在马兰基地罗布泊辐射监测站建设的2500W风光互补电站通过一年多恶劣环境下的可靠运行进一步验证了设计的可行性.

目录

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致谢

第一章绪论

1.1项目的背景及意义

1.2国内外的现状及发展趋势

1.2.1国内太阳能家用电源的发展及现状

1.2.2国内小型风力发电技术的发展及现状

1.2.3风光互补系统国内外的研究应用情况及发展趋势

1.2.4风光互补系统的市场前景

1.3项目的主要开发和研究内容

1.3.1项目工作内容概述

1.3.2本项目的主要技术性能指标及验收条件

第二章风光互补家用电源系统的理论基础

2.1风光互补家用电源系统的构成及工作原理

2.2风光互补系统的匹配

2.2.1概述

2.2.2风光互补发电系统的结构

2.2.3光伏阵列发电量的计算

2.2.4风力发电机发电量的计算

2.2.5蓄电池充放电特性

2.3风光互补系统的工程设计方法

2.3.1对用户现场的实地考察

2.3.2负载耗电计算

2.3.3蓄电池容量的设计

2.3.4风电和光电功率的确定

2.3.5风力发电机容量一定条件下的风光互补发电系统的优化设计

2.3.6风力发电机容量变化情况下的风光互补发电系统的优化设计

2.4户用型风光互补系统的MPPT控制策略

2.4.1最大功率点跟踪技术

2.4.2风光互补系统的MPPT

2.4.3独特的风光互补MPPT控制方案

第三章风光互补户用电源的主电路设计

3.1风光互补户用电源的功率匹配设计

3.2主电路概述

3.3具有MPPT控制的风光互补系统充电器

3.3.1充电器控制结构

3.3.2工作与控制原理

3.4逆变主电路设计

3.5变压器设计

3.5.1变压器参数设计

3.6机箱结构设计

第四章基于PIC16F73的控制器设计

4.1 PIC16F73简述

4.2主程序流程

4.3测量和保护功能的设计

4.3.1 AD转换子程序的设计

4.3.2电压和电流的测量

4.3.3温度的测量与保护

4.3.4开关输入与显示

4.4逆变器PWM信号发生及驱动电路设计

4.5控制器的工作电源

4.6蓄电池充放电控制软件设计

4.7实现风光互补系统的MPPT充电控制的软件流程

第五章测试检验及工程实践

5.1样机的测试和检验

5.2罗布泊辐射监测站风光互补发电工程实践

5.2.1工程现场调查数据

5.2.2光蓄互补电站设计方案

5.2.3风光蓄互补电站设计方案

第六章结论

参考文献

附录 研究生期间所发表的论文