风光互补发电系统的MPPT控制及能量管理研究

发布时间：2021-03-21 09:25

环境的日益恶化、能源危机的日益加剧以及不可再生能源的日益枯竭三方面因素促进了绿色新能源的快速发展,尤其是风力发电和光伏发电已得到了世界各国的广泛重视。最大能量捕获在近几年已经成为新能源领域的一个研究热点,最大功率跟踪(MPPT)(Maximum Power Point Tracking)技术旨在提高风电机组、光伏发电系统的输出效率及整个系统的响应速度。MPPT控制策略性能的优劣直接影响着风能和太阳能的有效利用率和整个发电系统的运行性能。高效的MPPT控制策略对于促进新能源电力系统的进一步发展是十分必需的。风能和太阳能具有很好的互补性(白天风小光强,晚上风大光弱),风光互补系统较独立风电机组或光伏而言,可以有效地降低环境变化对系统的影响,使系统的输出效率更高。本文首先分别对风光互补发电系统的光伏发电子系统和风电机组做出了详细的理论分析;搭建了光伏阵列和风力机的仿真模型并对其输出特性进行分析;对风光互补发电系统的MPPT控制算法进行了比较深入的探讨。对光伏发电系统和小型风电机组分别设计了相应的MPPT控制策略,仿真结果验证了所设计控制策略的有效性,提高了系统的输出效率和响应速度。主要研究内容和创新成果如下:(1)分析了光伏阵列在理想照度下的输出特性、采用Boost Chopper实现光伏MPPT的原理及常用MPPT控制策略的优缺点,提出了变步长占空比MPPT算法,所提的MPPT控制策略具有跟踪速度快、跟踪精度高和容易实现等优点并具有良好的动态和稳态性能;(2)分析了风力发电系统的运行机理、风力机的输出特性及常见最大风能捕获算法优缺点,采用将扰动观察法以S-Function呈现的方式实现风力机的最大风能捕获。所采用的控制策略容易实现,输出效率较高,动、稳态性能良好;(3)为了在不具备风场环境的实验室条件下实现风力发电,采用直流电动机拖动永磁同步发电机发电的方式模拟风力发电系统。提出了变步长占空比扰动法MPPT控制策略,该算法能够高效地追踪到MPP。(4)全面考虑了天气、负载及蓄电池的状态等影响因素,总结提出了十四种离网型风光互补发电系统的运行模式,通过对各种运行模式的研究,设计了相应的能量匹配策略。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM61

文章目录

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 引言

1.2 太阳能和风能的研究现状和发展趋势

1.2.1 太阳能国内外研究现状及发展趋势

1.2.2 风能国内外研究现状及发展趋势

1.3 光伏发电、风电及风光互补技术的研究现状及发展趋势

1.3.1 光伏发电、风电简介

1.3.2 风光互补及常见MPPT控制策略

1.4 本文的研究内容

第二章风光互补发电系统的构架和建模

2.1 引言

2.2 风光互补发电系统的构架

2.3 光伏电池建模及输出特性仿真

2.3.1 光伏电池简介

2.3.2 光伏电池建模

2.3.3 光伏电池仿真设计及输出特性分析

2.4 风力机建模及输出特性仿真

2.4.1 贝兹理论

2.4.2 风力机建模

2.4.3 风力机仿真设计及输出特性分析

2.5 储能模块——蓄电池

2.5.1 蓄电池常用工作参数

2.5.2 蓄电池的工作状态

2.6 本章小结

第三章风光互补发电系统的MPPT控制策略研究

3.1 引言

3.2 光伏发电系统MPPT控制

3.2.1 常见光伏MPPT控制策略

3.2.2 基于Boost变换器实现MPPT

3.2.3 变步长占空比导纳增量法

3.2.4 Boost Chopper实现光伏MPPT的仿真设计及结果分析

3.3 风力发电系统MPPT控制

3.3.1 常见最大风能捕获策略

3.3.2 S-Function实现最大风能捕获

3.3.3 风力发电系统最大功率跟踪

3.4 本章小结

第四章风光互补发电系统能量管理研究

4.1 引言

4.2 蓄电池充放电控制研究

4.2.1 常见的蓄电池充电方法

4.2.2 蓄电池的充放电控制策略

4.3 系统运行模式及能量匹配策略

4.4 本章小结

第五章全文总结与展望

5.1 全文总结

5.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果

【参考文献】