独立运行风光互补发电系统的研究与设计

可再生能源的综合利用对社会经济的可持续发展和环境保护起着重要的作用。太阳能和风能作为两种应用广泛的可再生资源,在资源条件和技术应用上都具有良好的互补性。风光互补发电可弥补单独风力和太阳能发电供电可靠性低和造价高等缺点,其应用领域广泛,可用于通讯中继站、市政亮化等场合。因此对风光互补发电技术的研究具有重要的理论意义和实用价值。本文工作包括以下内容: 本文首先分析风光互补发电系统结构特点和运行原理,详细阐述系统中重要组件的工作特性及其在系统中的重要作用。为后文中系统控制策略的提出和系统的设计奠定理论基础。 其次,研究太阳能和风能最大功率跟踪原理及其电路实现方法,采用双输入DC-DC直流变换器来实现太阳能和风能两路输入,并同时实现最大功率跟踪的控制,结合扰动观察法给出最大功率跟踪的控制策略;采用升/降压DC-DC直流变换电路结合蓄电池三阶段充电法来实现蓄电池充放电控制,其电路结构和控制皆易于实现;根据系统直流母线判断方式,提出蓄电池能量分配的六种工作模式。 然后,根据系统控制策略,基于PIC18F6720控制芯片对独立运行风光互补发电系统进行硬件电路设计,包括采样电路、充放电控制电路、驱动电路、保护电路及电源电路的设计;并给出了软件流程图,包括主程序、充放电控制子程序、太阳能和风力发电子程序及扰动观察法实现最大功率跟踪子程序等。 最后建立风力发电机、太阳能电池及蓄电池的数学模型,基于SIMULINK进行了仿真研究,仿真结果证明太阳能电池具有较强非线性特性;采用模糊-PID控制对蓄电池充放电控制做了初步的仿真研究,仿真结果证明采用模糊-PID控制能有效地改善系统的动态性能。