基于超级电容储能的光伏发电系统技术研究

随着化石能源的逐渐枯竭,发展可再生能源已成为解决世界能源问题的必经之路。在众多可再生能源中,太阳能无疑是最具发展前景的新能源之一,其取之不尽、用之不竭,不会污染环境和破坏生态平衡,因此太阳能的开发利用有着巨大的市场前景。随着现代科学技术的不断发展,作为太阳能利用主要形式的光伏发电技术也越来越受到各国的重视,在今后几十年必将得到迅速的发展和应用。 本文以独立光伏发电系统为研究对象,对系统各个组成部分进行了全面的理论分析,从系统的整体结构、最大功率点跟踪、超级电容储能系统、逆变器到控制策略、参数选择等关键技术都作了详细的分析和研究,本文的主要内容有以下几个方面： (1)首先介绍光伏发电系统的组成及其分类,分析独立系统、并网系统和混合系统的结构特点及各自应用场合,最后介绍本文研究的独立光伏发电系统结构及关键技术。 (2)分析光伏电池不同光照强度不同环境温度下输出特性曲线及工作状态,对已有的光伏电池数学模型进行改进构造本文研究的实用仿真数学模型,仿真结果验证了所构造模型精度高、模块通用性强,与实际光伏电池输出特性曲线接近,为光伏电池工作特性分析和实际工程设计提供理论依据。 (3)分析常用最大功率点跟踪算法原理并比较各自优缺点,采用动态响应快,稳态精度高的占空比扰动观察法作为本文的最大功率点跟踪控制算法,设计基于Boost变换器的MPPT跟踪控制器,通过仿真结果证明了实现最大功率点跟踪在独立光伏发电系统中具有重要作用。 (4)介绍超级电容储能原理及储能优势,建立超级电容器等效电路模型,仿真分析常用超级电容串联均压电路,重点设计Buck/Boost双向变换器并推导小信号数学模型,基于小信号传递函数设计电压外环电流内环双环控制方法,在Matlab/Simulink里搭建超级电容储能系统充放电仿真模型,仿真结果验证了双环控制策略实现超级电容器充放电功能的有效性与可靠性。 (5)对独立光伏发电系统的DC/AC逆变器控制技术进行研究,分析逆变器电路拓扑结构并设计LC低通滤波器滤除输出电压高次谐波分量,推导单相逆变器数学模型,提出基于状态空间理论的状态反馈控制,利用状态反馈将闭环系统的极点配置到任意期望位置并进行优化配置,绘出控制系统Bode图理论分析系统稳定性,搭建极点配置控制器及极点优化配置仿真模型,仿真结果验证了基于状态空间理论设计的状态反馈控制系统显著的优越性与可靠性。