小型气象站的光伏发电与储能研究

Liuloong

在大数据的时代背景下,气象信息对于社会发展尤其重要,人类生活与之息息相关。为解决气象站供电能力不足、供电效率低、信息处理困难等问题,提高系统的灵活性与可靠性,研制基于独立光伏的小型气象站具有重要的现实意义。因此如何借助MPPT控制策略提高光伏电池的输出效率、增强蓄电池智能充放电管理水平及提高气象站信息处理能力是论文研究的主要问题。本文主要对小型气象站的光伏发电与储能进行研究,以光伏电池最大功率跟踪技术和蓄电池智能充放电策略为研究核心,通过搭建Simulink模型进行仿真,验证所提方法的可行性。通过AVR单片机进行控制系统的软硬件设计,完成实物制作,验证研究方法,取得预期效果。具体内容如下:首先研究气象站光伏电池发电的基本原理及数学模型,通过Simulink搭建模型进行仿真,分析光伏电池输出特性与温度、光强的对应关系。研究常见的MPPT算法,结合系统实际工作特点,将恒定电压法与变步长扰动观测法结合,提出改进型MPPT控制策略,并通过Simulink进行仿真,从而验证改进型MPPT算法的可行性。其次研究气象站蓄电池的基本原理及三阶动态模型,通过Simulink搭建模型进行仿真,分析蓄电池的充放电特性。研究常见的蓄电池充电方法,根据实际情况,将MPPT充电加入四阶段充电,提出改进型蓄电池充电法。结合改进型MPPT算法,在Simulink上搭建仿真进行光伏电池发电及蓄电池充电的联合调试,从而验证改进型充电方法的可行性。最后基于AVR单片机设计和搭建气象站控制系统的软硬件平台,根据控制要求,设计了 AVR最小系统、Boost-Buck并联电路、保护电路、ZigBee模块电路及气象信息采集电路等硬件,设计了系统控制总程序、上位机监测程序、MPPT算法、蓄电池充放电及保护程序等软件。通过对气象站进行硬软件联合调试,分析系统功能测试的结果及实验数据,该气象站能够实现光伏电池最大功率点跟踪、蓄电池智能高效充放电及气象站信息处理和储存等功能,达到预期的设计要求。