随着能源危机和环境恶化日益加剧,人们越来越关注环境保护和新能源技术的发展。风力发电和太阳能发电是所有可再生能源中最有前景的,它们具有零污染、低辐射、永不枯竭等诸多不可取代的优点。近年来,世界各国都加大对风能和太阳能产业的投入。随着成本的进一步降低,产业技术的升级以及政府财政与政策的支持,风光互补智能系统作为一种灵活、稳定的能源供给系统,将是新能源利用研究与应用的热点。
风光互补发电是利用风能和太阳能的资源互补特性,将间歇性的风能和太阳能通过有效的转化、储存、控制等手段,形成稳定的电力输出。风光互补智能系统由控制系统、储能系统与配套设施组成。发电系统、控制系统、储能系统独立设计,是整合后系统稳定性差的根本原因,也是目前该行业的技术壁垒。本文以实现具有智能控制和智能保护功能的风光互补系统为目标,在总结与分析已有工作的基础上,着重于风光互补智能控制系统的研制和最大功率跟踪策略两个方面的研究,其主要工作与贡献如下:
1)设计了一套模块化的风光互补智能控制系统。提出了一种模块化的体系结构,将整个系统分为发电控制模块、蓄电池的充放电控制模块、系统管理模块。用户根据应用需求,可以选用模块组件构成实用系统,具有很好的扩展性。在硬件模块化设计的基础上,通过设计一套智能管理系统,实现了模块间的兼容性;在软件实现上,利用单片机编程实现多种功能来代替部分硬件电路,使得系统具有可修改,易于管理与升级,提高了的稳定性与性价比。
2)通过对光伏系统的最大功率点跟踪问题进行分析,提出了一种最大效率跟踪策略。根据负载的等效电阻不变,推出太阳能电池的功率与工作电压的关系,基于该关系对传统的扰动观测法进行了改进,提出一种基于太阳能输出电压的最大功率点跟踪算法。该算法结构简洁,计算量小,成本低,并具有适应天气变化较快场合的功能。
3)根据蓄电池的三段式充电要求,设计了一套具有智能控制和智能保护功能的充放电控制的电路。通过采用模块化设计与智能管理,增强了风光互补智能系统的可扩展性与可靠性,有效地延长了蓄电池的使用寿命。
4)详细分析了开关电源的各个环节,将反馈控制与电源设计相结合,提出了一种利用TL431制作精准开关电源补偿电路的方法。将该方法应用在实际的电路设计中,验证了方法的有效性。
