極地低溫環(huán)境下小型風光互補供電系統(tǒng)的研究.pdf

1、本課題是在國家自然科學基金“基于電容感應技術的海冰厚度監(jiān)測方法的研究”（編號：41176080）和“南北極環(huán)境綜合考察和評估”（編號：CHINAER2014-02-02）十二五專項項目的資助下針對極地環(huán)境下小型風光互補供電系統(tǒng)展開的應用研究。
　　極地地區(qū)指地球的南北極地區(qū)，由于氣候惡劣，極地地區(qū)受到人類活動的影響很小，科考價值極大。南北極地區(qū)氣候條件惡劣，常年低溫并伴有極晝極夜現(xiàn)象，罕有人跡，科考極其不便，所以拋棄式的科考設備更

2、符合極地科考的要求。但是拋棄式設備最大的問題就是續(xù)航能力差，直接導致許多科考數(shù)據(jù)的丟失，嚴重影響到了極地科考工作的進行。本課題選用小型風光互補供電系統(tǒng)作為研究內(nèi)容，來提高拋棄式設備的續(xù)航能力。小型風光互補供電系統(tǒng)安裝方便，屬于清潔能源，能夠使風能和光能的能源供應互補，適用于極地地區(qū)。
　　目前國內(nèi)外對小型風光互補供電系統(tǒng)的研究有很多，作者在此基礎上考慮到極地地區(qū)特殊的環(huán)境對小型風光互補供電系統(tǒng)進行了設計，并對風力發(fā)電機、太陽能板和

3、蓄電池進行了選型。由于蓄電池的充放電能力受溫度的影響很大，作者利用實驗室的高低溫實驗柜模擬極地環(huán)境對蓄電池進行了不同低溫下的充放電實驗，研究了蓄電池在低溫下的充放電特性，根據(jù)實驗結果確定了對供電系統(tǒng)采用MPPT控制以增大蓄電池的充電接受能力的思路。
　　本文根據(jù)南北極科考中選用的小型風力發(fā)電機、小型太陽能板，分別設計了與之相對應的Buck型DC/DC電路，提出了一種變步長占空比擾動觀測法來實現(xiàn)風力發(fā)電系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)的MPPT控

4、制，并進行了仿真驗證；設計了蓄電池儲能系統(tǒng)和雙DC/DC控制電路，并仿真驗證了它的電量管理功能；設計了極地環(huán)境下風光互補的控制策略并對整個小型風光互補供電系統(tǒng)進行了仿真，仿真結果為實現(xiàn)極地環(huán)境下小型風光互補供電系統(tǒng)的MPPT控制奠定了基礎。
　　為了加快文中設計的小型風光互補供電系統(tǒng)的MPPT跟蹤速度和減小最大功率點的震蕩，考慮到風力發(fā)電和光伏發(fā)電系統(tǒng)的非線性，作者采用模糊控制算法對這兩個系統(tǒng)分別設計了相應的模糊控制器，并對風力/

5、光伏發(fā)電系統(tǒng)和小型風光互補供電系統(tǒng)分別進行了仿真驗證，證明了模糊自適應控制的優(yōu)越性；以南極中山站的氣候數(shù)據(jù)為依據(jù)對該系統(tǒng)進行了供電可靠性分析，證明了其供電可靠性。
　　研究了小型風光互補供電系統(tǒng)的控制器并進行了軟硬件的設計。硬件設計包括風光互補主電路和控制電路，并對元器件進行了耐低溫選擇；軟件設計包括系統(tǒng)的主程序、風/光MPPT控制子程序和外圍采集電路程序。
　　研究結果表明作者設計的極地環(huán)境下小型風光互補供電系統(tǒng)適用于極地