论文总字数：27977字

摘 要

能源对于社会的生存发展就像食物对于人类来说一样的必不可少，不可或缺。伴随着化石能源的使用过度，导致日渐枯竭，世界性的能源危机愈演愈烈，节能减排的呼声也日益高涨。由此，充分的开发利用风能、太阳能、生物能、潮汐能、地热能、水能等可以再次产生的清洁能源来替代传统的石油、煤炭等各种各样的化石能源成为了一种共识。可再生能源将会是第一次工业革命的煤炭、第二次工业革命的石油一样成为未来的能源核心，因此它的发展前景十分广阔，不用担心它没有未来。从全球的清洁能源利用程度和发展趋势来看，太阳能和风能是发展的最迅速，同时也是最好的，未来也有更大的发展空间。

本文对于风能和太阳能进行了着重的介绍。先是介绍了国内外对于风光互补系统的研究状况，然后对于风光互补系统的运行原理和组成部分等进行了一定的介绍，紧接着是风光互补系统的最大功率跟踪运行原理和控制方法，最后是对系统的各个组成进行模块化设计搭建，并且搭建整个系统进行仿真验证，得到了系统的最大功率运行仿真波形，验证了功率限值互补控制的可行性。

关键词：风光互补 最大功率跟踪 互补控制 建模仿真

Research on Optimization of multi energy complementary power distribution system

Abstract

Energy is an indispensable power source for the survival and development of human society. With the depletion of fossil energy, the world's energy crisis has become more and more fierce, and the voice of energy saving and environmental protection has become increasingly high. As a result, full development and utilization of wind energy, solar energy, bio energy, tidal energy, geothermal energy, water and other renewable clean energy to replace the traditional oil, coal and other fossil fuels has become a consensus. Renewable energy will be the protagonist of the future energy system, so its development prospects are very broad. From the global clean energy utilization degree and development trend of view, the development of solar energy and wind energy is the best, the future also has a greater development space.

This paper focuses on wind energy and solar energy. First introduced at home and abroad for complementary scenery, the systematic research on the status and system operation principle and composition of complementary scenery for the were introduced, followed by scenery complementary system maximum power tracking operation principle and control method, finally is the components of each modular design and construction, and build the whole system simulation, get the system with maximum power operation simulation waveform, verified that the power limit value complementary control system is feasible.

Key words: Scenery complementary; Maximum power tracking; Complementary control; Modeling and simulation

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题背景与意义 1

1.1.1 背景与意义 1

1.1.2 发展前景 2

1.2 太阳能和风能资源 2

1.2.1 资源特点 2

1.2.2我国的风光能源储量 3

1.3 国内外的研究现状 3

1.3.1国内的风光互补系统研究情况 3

1.3.2 国外的风光互补系统研究情况 4

1.4 本文的内容 4

第二章 风光互补系统的组成 6

2.1 风光互补系统概论 6

2.2 风力发电机 6

2.2.1 风力发电系统基本结构 6

2.2.2 风力发电机的转化原理 7

2.2.3 风力发电机的特性 7

2.2.4 风机的分类 11

2.3 光伏电池 12

2.3.1 光伏发电原理 12

2.3.2光伏电池的工作特性 12

2.3.3光伏电池的分类 14

2.4 蓄电池 14

2.4.1 蓄电池的工作原理 15

2.4.2 蓄电池的性能 15

2.4.3 蓄电池的工作状态 15

2.5 整流及逆变装置 16

2.6 DC/DC变换器 17

2.7 控制器 18

第三章 风光互补系统的最大功率跟踪控制策略 19

3.1 最大功率跟踪控制 19

3.1.1 最大功率跟踪控制的基本概念 19

3.1.2 最大功率跟踪的基本原理 19

3.2 风力机的最大功率跟踪 20

3.2.1风力机的最大功率跟踪原理 20

3.2.2 风力机最大功率跟踪算法 21

3.3 光伏电池最大功率跟踪 22

3.3.1 光伏电池最大功率跟踪原理 22

3.3.2 光伏电池最大功率跟踪算法 23

3.4 风光互补系统最大功率跟踪控制 25

第四章 风光互补系统的匹配 29

4.1 风光互补匹配计算 29

4.1.1计算原理 29

4.1.2 实例分析 29

4.2 风光互补系统的能量管理 30

4.3 互补功率限值控制 31

第五章 风光互补系统的建模仿真 33

5.1 MATLAB简介 33

5.2 系统各模块建模 33

5.2.1 风力发电机建模 33

5.2.2 光伏电池建模 36

5.2.3 降压型（Buck）变换器仿真模块 40

5.2.4 PWM信号产生模块 41

5.2.5 最大功率跟踪控制模块 41

5.3 风光互补系统的仿真验证 42

5.3.1 风光互补系统最大功率仿真 42

5.3.2 风光互补控制策略仿真 46

第六章 总结 49

参考文献 50

致 谢 52

第一章 绪论

1.1 课题背景与意义

1.1.1 背景与意义

能源对于社会的生存发展就像食物对于人类来说一样的必不可少，不可或缺。伴随着化石能源的使用过度，导致日渐枯竭，世界性的能源危机也愈演愈烈，节能环保的呼声也就随之日益高涨。由此，充分的开发利用风能、太阳能、生物能、潮汐能、地热能、水能等可再生的清洁能源来替代传统的石油、煤炭等化石能源成为了一种共识。可再生能源将会是第一次工业革命的煤炭、第二次工业革命的石油一样成为未来的能源核心，因此它的发展前景十分广阔，不用担心它没有未来。从全球的清洁能源利用程度和发展的趋势来看，太阳能和风能是发展的最迅速的，同时也是最好的，未来也有更大的发展空间^[1]。

自从国家结束了文化大革命，实行新的政策以来，我国的经济迅猛发展，人民的生活质量也提高了很多。但是一切的发展成果都需要充足的能源进行保障。目前，我国已经是世界能源消费的第二大国，由于化石能源的大量使用，同时我国也是全球污染最为严重的几个国家之一^[2]。根据统计，2007年，我国消耗了3.5亿吨石油，只比美国少一点，其中进口的石油达到了1.6亿吨，严重影响了我国的能源安全；消耗煤炭25.23亿吨；排放了超过0.2亿吨的二氧化硫。而可再生能源在消费结构中只占了很小的一部分比重，在2008年大约只有9%，煤炭占69%，石油和天然气占22%，化石能源高达81%^[3-6]。

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