48V风光互补独立电源系统研究与开发

随着社会的不断进步,人类对能源的需求越来越大。目前所使用的能源,绝大部分是依靠煤、石油、天然气等非可再生资源所得,其储量有限,并且在燃烧过程中产生大量的温室气体,带来一系列的环境问题。风能、太阳能等可再生能源清洁,无污染,分布广泛,用之不竭,能够在很大程度上解决人类能源不足以及环境问题,与此同时,还能解决一些偏离电网覆盖的片源山区、孤岛上的用电问题。由于风能、太阳能具有得天独厚的优势,利用风能、太阳能发电得到了各国政府的青睐与大力发展。 风能主要随季节变化,而且具有间歇性瞬时变化的特征;太阳能不但受制于季节变化,而且只能在白天使用。因此,纯太阳能或风能发电系统不够稳定,可靠性不高,这也制约着人类对风能、太阳能的利用。 风能、太阳能在时间和季节上都有很强的互补性:白天太阳光照好、风小,而晚上无光照、风较强;夏季太阳光照强度大而风小,冬季太阳光照强度弱而风大。这种互补性使风/光互补发电系统在资源上具有最佳的匹配性。这一特性可以使独立的太阳能和风能结合起来组成风光互补发电系统,提高供电系统的稳定性以及可靠性。 本文的主要工作是研制48V风光互补独立电源系统。文章将介绍48V风光互补独立电源系统的组成以及各组成部分的特性、功能等。本文以研制48V风光互补独立电源系统为目标,着重于48V风光互补智能控制器的研制和最大功率跟踪策略的研究,主要工作包括一下方面: (1)完成48V风光互补智能控制器系统结构设计。48V风光互补智能控制器包括硬件和软件两大部分组成,均采用了模块化思想。其中硬件电路划分为风机充电模块、太阳能充电模块、负载控制模块、核心控制模块、电源模块五大功能模块,这不但使设计者明确了各个部分设计目的,更降低了系统的设计难度,节省了开发周期。同样系统的软件部分划分为风力发电机检测模块、太阳能板检测模块、蓄电池电压监测模块、拨码开关状态检测模块、负载控制模块、卸荷模块以及状态显示模块七大功能模块,降低软件的复杂性,使软件设计,测试,调试,维护等工作变得简单。 (2)完成48V风光互补智能控制器软硬件电路设计。在硬件电路中,DC/DC变换电路采用双管正激电路,该电路开关管电压应力低,特别适用于中、大功率场合。本文中采用频率为50KHZ的PWM信号,使得变压器和电感的体积很小,实现了48V风光互补智能控制器的小型化。 (3)完成48V风光互补智能控制器最大跟踪控制策略设计。太阳能电池板输出功率具有非线性特性,其输出电压、电流受光照强度、温度和电路负载特性等因素影响,为了提高太阳能电池板的利用效率,需要对其最大功率点进行跟踪(MPPT)。本文分析了目前比较流行的最大功率点跟踪方法,并以“扰动法”为基础,提出了一种自学习MPPT控制方法。该方法利用一天中温度和光照强度变化的规律性,自学习最大功率点电压变化趋势,使得每次扰动具有方向性,减小了扰动次数,缩短了跟踪时间。