风光储动力船舶风光发电系统MPPT控制系统的设计开题报告
2020-04-13 15:54:19
1. 研究目的与意义（文献综述）
1.目的及意义风能与太阳能是一种取之不尽用之不竭的绿色能源，风能和太阳能作为可再生新能源具有很好的互补性,对其进行合理的开发使用,对解决当今世界日益严重的资源枯竭和环境污染具有十分重要的意义。与单独的光伏或风力发电相比,风光互补发电技术能有效增强系统对天气变化的适应能力,使系统具有更好的实用价值,它既可增加供电可靠性,又可降低系统的成本，应用在船舶上具有良好的前景。 本课题以风-光发电为背景,开展风光互补发电的控制系统与逆变技术的研究,主要完成的工作有如下几个方面: 1、对光伏电池的工作原理进行了介绍，并在Matlab／Simulink软件平台上搭建了光照强度和环境温度可调的光伏电池仿真模型，研究光伏电池的输出特性。 2、针对自然界因风-光的不确定而导致系统输入电压的不稳定工况,本文设计了一种升降压一体的变换及控制电路,该电路可适应不同电压值的输入,完成发电系统的控制。 3、开发了一种与风光互补发电系统匹配的逆变装置,该装置采用两级逆变的方案,前级采用带有能量回收功能的隔离型全桥升压结构,以提高转换效率;后级采用基于单极性倍频技术的全桥逆变结构,通过数字和模拟相结合的方式,实现了等效开关频率的增倍,提高了效率,减小了逆变器的体积。经实际运行,验证了本系统的有效性。 此风光互补发电系统的风力机模拟、控制、逆变三个部分各项指标符合设计要求,运行状态稳定,电气性能优良,为研究风光互补发电,开发合适的发电控制系统和逆变系统提供了一套理想的解决方案。 研究背景（国内外现状分析） 能源是是国民经济发展与社会文明进步的基石,能源可持续发展是人类社会可持续发展的重要保障之一。从原始社会开始,化石能源逐步成为人类所用能源的主要来源,这种状况一直延续至科技发达的现代社会。随着人类对能源需求的日益增加,化石能源的储量正日趋枯竭。此外,大量使用化石燃料己经为人类生存环境带来了严重的后果,全世界每天产生约亿吨温室效应气体,己经造成极为严重的大气污染。开发利用可再生新能源以实现能源可持续发展是人类应对能源问题的有力方法之一。 当前,世界各国普遍重视能源技术创新,技术研发与制度创新越来越受到推崇。美国提出培育世界领先水平的科技人员,建设世界一流的能源科技基础设施,整合基础研究和应用研究,加快研究电力储备、智能电网、超导输电、二氧化碳捕获、先进电池、纤维素乙醇、氢燃料以及清洁煤、核能、太阳能和风能等先进发电技术。日本也提出了引导未来能源技术的战略,从年、年超长期视点出发,展望未来能源技术,制定年科技战略。 我国也看到新能源发展的紧迫性,加快建立法律法规,积极扶持新能源发展,新能源在我国的发展速度很快。中国对太阳能光伏电池的研究最早可Ｗ追溯到1958年，在1971年时我国相关技术工作者首次将太阳能光伏发电技术成功的应用到东方红二号卫星上，而到了1973年以后光伏发电技术才慢慢的被用于地面工程领域。作为起步比较慢的国家，我国的光伏产业在２００５年后的几年时间内快速发展护张，各个地方光伏企业相继走入高速发展的黄金时期，在2007至2011年的５年时间里我国连续每年的生产总量都位列全球榜首。 “十二五”规划提出我国能源发展的总体思路是:以保障能源供应和能源安全为基本出发点,加快发展非化石能源和清洁能源大力调整和优化能源结构,进一步推进节能和提高能效进一步强化生态环境保护进一步提升能源科技创新能力进一步完善体制机制和政策措施推进清洁、安全、高效的能源体系建设。 在新能源体系中,可再生能源是自然界中可以不断再生、永续利用的资源,它对环境无害或危害极小,而且资源分布广泛,适宜就地开发利用,主要包括风能、太阳能、水能、生物质能、地热能、海洋能等。 |
2. 研究的基本内容与方案
2.1 基本内容及目标
（1）研究内容
1.了解风光发电系统的放电特性及其MPPT；
2.研究风光发电系统的MPPT控制系统的硬件电路；
3.利用Simulink软件构建仿真模型与仿真分析；
4.参与半实物模拟试验。
（2）研究目标
本论文介绍了一种风光互补模拟发电系统,并对该系统的各组成部分的电路拓扑结构、控制策略、实现方法进行了详细的介绍。该系统由风能太阳能模拟部分、控制器部分、逆变器部分构成。完成了一台完整的风光互补模拟发电的实验平台,它包含独立的能量模拟模块样机,控制器样机,逆变器样机,为风光互补发电系统提供了一套完整的实验室研究解决方案和各分模块产品。
2.2 拟采用的技术方案及措施
分析风光互补发电系统的运行原理及其特点从而确定三个组成部分的设计方法。了解各种发电特性，匹配跟船舶相适应的发电系统。
分析自调整模糊MPPT控制算法在光伏发电系统中的应用，自调整的模糊算法具有适应环境变化能力。
利用Simulink工具箱，对MPPT算法的MPPT控制系统进行仿真，详细分析太阳能电池模块、风力发电模块，仿真结果验证该算法是否有良好的寻优速度和抵抗扰动能力。
设计MPPT控制系统的硬件电路，参与半实物模拟实验，为在船舶上的应用排除风险
3. 研究计划与安排
| 2018.1-2018.3 完成文献资料的查阅、研究风光发电系统MPPT的控制方法； 2018.3-2018.5 完成风光发电系统MPPT控制系统的建模与仿真； 2018.5.-2018.6 参与实船验证试验，撰写学士论文 |
4. 参考文献（12篇以上）
| [1] 杨鸿志.基于FPGA的自调整模糊MPPT控制器设计[D].天津大学,2010. [2] 曹彦. 风光互补发电系统的研究与开发[D].上海交通大学,2012. [3] 牟善军. 600W风力发电系统最大功率追踪控制器[D].山东建筑大学,2012 [4] 风光互补发电系统的能量管理[J]. 赵晓星,王云亮. 电源技术. 2014(09) [5] 当前我国太阳能光伏发电的应用现状与趋势分析[J]. 薛军凯. 科技视界. 2014 [6] 基于模糊控制和功率预测的变步长扰动观察法在光伏发电系统MPPT控制中的应用[J]. 徐锋. 计算机测量与控制. 2014(02) [7] 风力发电机状态监测和故障诊断技术的研究与进展[J]. 杨明洙. 中小企业管理与科技(中旬刊).2015(04) [8] 基于Matlab的光伏电池板的建模与仿真[J]. 王新堂. 电子世界. 2014(15) [9] 包艳. 独立新能源混合发电系统的容量配置优化与控制策略研究[D].湖南大学,2015. [10] 中国广域范围内大规模太阳能和风能各时间尺度下的时空互补特性研究[J]. 刘怡,肖立业,HaifengWANG,林良真,戴少涛,齐智平. 中国电机工程学报. 2013(25) [11] 风光互补独立供电系统的多目标优化设计[J]. 宋洪磊,吴俊勇,冀鲁豫,高立志,刘印磊,黄鹏洲. 电工技术学报. 2011(07) [12] 一种风光互补发电系统中双向DC/DC变换器研究[J]. 李少林,姚国兴. 电气传动. 2010(03) [13] 风光互补发电控制系统不同负载对蓄电池控制电压的影响[D]. 李忠实.天津大学 2005 [14] 基于GPRS的风光互补发电无线远程监测系统[J]. 舒杰,吴昌宏,张先勇. 可再生能源. 2010(01) [15] 分布式风光互补发电系统及其多目标优化控制策略研究[J]. 冬雷,廖晓钟,刘广忱,陈建勇. 仪器仪表学报. 2005(S2) [16] Per-phase vectorcontrol strategy for a four-leg voltage source inverter operating with highlyunbalanced loads in stand-alone hybrid systems[J] . Nayeem Ahmed Ninad,LuizLopes. International Journal ofElectrical Power and Ene . 2014 [17]. Optimization of anoff-grid hybrid PV–Wind–Diesel system with different battery technologiesusing genetic algorithm[J] . Ghada Merei,Cornelius Berger,Dirk UweSauer. Solar Energy . 2013 [18] Energy managementof a hybrid system based on wind–solar power sources and bioethanol[J] .Diego Feroldi,Lucas Nieto Degliuomini,Marta Basualdo. Chemical Engineering Research and Design .2013 (8) |
