风光互补发电系统的研究与设计

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鉴于传统化石能源的不可再生性及其开发利用所带来的环境污染、生态破坏等问题,世界各国均把可再生能源的研究开发作为努力的方向。其中风能与太阳能因资源丰富、分布广泛,现已成为应用最多的两种可再生能源形式。风光互补发电系统把风能和太阳能有效的结合在一起,最大程度的利用了二者在时间、季节上的互补特性,可以高效的进行能量转化。本文设计的风光互补控制器工作于离网型环境,不仅能够稳定高效的存储电能,而且能够适应独立交流负载的需要。  首先在Matlab/Simulink仿真环境下,根据风力发电机和光伏电池的数学模型搭建了仿真模型,对其输出特性进行了仿真分析。其次采用了常规的爬山搜索法对风力输出功率进行最大功率跟踪仿真,仿真结果表明该算法能有效实现功率跟踪功能。再次利用Boost电路对光伏发电系统中改进型扰动观察法进行了仿真,仿真结果表明这种方法在进行最大功率跟踪时动态响应效果更好,更重要的是它可以在光照增强时能够有效准确的跟踪最大功率点,避免工作点漂移。  风光互补控制器的设计包括硬件设计和软件设计两部分。其中硬件设计部分包括对功率主电路、反激式开关电源、逆变器交流侧滤波器、检测电路、辅助电源电路、驱动电路等电路的设计。该控制器核心芯片使用数字处理芯片TMS320F28335。所研制的风光互补控制器具有分别对光伏和风力发电进行最大功率跟踪功能,并且可以防止光伏电池板、蓄电池反接。此外在本设计中加入了单相全桥逆变电路来适应独立交流负载的需要。软件设计部分包括系统主程序、初始化子程序、AD采样子程序、脉宽调制子程序、SPWM生成子程序、MPPT子程序等程序的设计,并结合流程图进行了说明。  最后完成了硬件部分的制作过程,并进行了相关软件的编程工作。通过搭建实验平台对风光互补控制器硬件设计及综合性能进行测试。实验结果表明本文所设计的风光互补控制器具有最大功率跟踪和互补功能;在风速过大、蓄电池欠压及过压等情况下可有效的进行蓄电池充放电。
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