离网型风光互补发电系统的研究与设计

能源与环境成为当今世界所面临的两大重要课题。人类正在努力寻求清洁、高效、可以再生的能源来代替对石油、煤炭等常规能源的依赖。开发利用可再生能源成为本世纪能源发展战略的基本选择。 离网型风光互补发电系统是为了弥补传统电力的不足而设计的独立发电系统。风光互补发电系统是最合理的独立电源系统,这种合理性表现在资源配置最合理,技术方案最合理,性能价格最合理。正是这种合理性保证了风光互补发电系统的高可靠性。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。 本文就是以离网型风光互补发电系统为研究对象,首先综述了国内外风光互补发电系统的发展现状,深入分析了光伏阵列工作原理,风力发电机工作特性以及蓄电池充、放电过程中电化学反应机理,蓄电池充放电控制原理,从而为后文提出控制策略和设计整个系统奠定了理论基础。其次,对DC/DC直流斩波器、传统的太阳能、风能最大功率跟踪(MPPT-Maximum Power Point Tracking)算法等方面进行了深入探讨和研究,采用了一种基于扰动观察法的改进算法-变步长扰动观察算法,它能快速准确地跟踪最大功率点,提高能源利用率,设计出实现光伏阵列和风力发电MPPT的DC/DC电路。文中蓄电池充电策略采用了三段充电法,即恒流-恒压-浮充法,增加了蓄电池的循环寿命。然后,根据系统控制策略,设计出了基于ATmega8控制芯片的风光互补控制器,它包括太阳能和风能的最大功率跟踪电路、蓄电池的充放电控制电路、电流电压采样电路、MOSFET驱动电路、蓄电池的过充过放保护电路、以及辅助电源电路等。文中还给出了系统的软件设计流程图,包括系统主程序、蓄电池充放电控制子程序、太阳和风能最大功率跟踪子程序等。本系统软硬件结合,既发挥了硬件运算快的优点,又利用了软件使用方便的优势。最后本文还对系统部分模块进行了MATLAB模型的建立以及SIMULINK仿真。仿真结果表明,本文提出的风光互补发电系统的研究思路、硬件电路和软件设计方案是具有实用性的。