使用超级电容的太阳能路灯系统的仿真研究

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1、2010年6月照明工程学报Jun．2010第21卷第3期ZHA0MINGGONGCHENGXUEBA0Vo1．2lNo．3周昶马磊吴春泽林燕丹孙耀杰(复旦大学信息学院光源与照明工程系，上海200433)摘要：太阳光照变化影响到太阳能路灯系统中蓄电池充电条件，弱光下光伏电池的最大功率点跟踪控制算法难以匹配蓄电池的充电要求。本文使用超级电容减小光照变化对充电条件的影响，通过推导升压变换器的最大升压比，着重分析了在弱光照情况下蓄电池的充电控制策略，并提出超级电容容量的计算方法。系统设计在保证光伏电池获得最大功率跟踪的同时，也满足蓄电池的充电要求。本文建立

2、simulink／matlab仿真模型验证设计方法的有效性。关键词：超级电容；太阳能路灯；优化控制；仿真TheSimulationStudyofPhotovoltaicRoadLightingSystemUsingSuperCapacitorsZhouChangMaLeiWuChunzeLinYandanSunYaojie(Dept．IlluminatingEng．&LightSources，SchoolofInformationScienceandEngineering，FudanUniversity，Shanghai200433)Abstrac

3、tChangesoftheSunilluminationwillaffectthechargingconditionsofbatteriesinphotovohaicstreet·lampsystems；’especiallyinweaksunlightthemaximumpowerpointtracestrategycan’tfollowthechargingconditions’requirements．Thepaperproposedthatusingsupercapacitorstoreducetheinfluenceofchargingc

4、onditionscausedbysunlightvariation．andthroughderivingtheboostconvertormaximumstep—upratio，~cusedOilanalysisofweaksunlightinthecaseofchargecontrolstrategyandanalysisofthesupercapacitancerequirements．Thedesigncanassurethemaximumpowerpointtracingofphotovohaicpanelswhilemeetingthe

5、batterieschargingrequirements．Thepapercreatedthesimulationmodelinsimulink／matlab，andthesimulationresultsverfiedthefeasibilityofthesystem．Keywords：supercapacitor；photovohaie；roadlightinglantern；optimalcontrol；simulation灯系统主要由光伏电池极板、储能装置、光源灯具1引言和控制器等几个部分组成。由于离网型太阳能路灯系统的很多应用场景具有覆

6、盖面积广、安置地点偏太阳能路灯系统在道路照明中有很高的价值。远等特点，系统维护困难，所以太阳能路灯的系统由于不需要电网供电，系统符合分布式能源的特点，可靠性和系统寿命是太阳能路灯能否广泛应用的关在路灯系统中有着很广泛的应用。离网型太阳能路键因素。太阳能路灯系统普遍采用蓄电池作为蓄能第21卷第3期周昶等：使用超级电容的太阳能路灯系统的仿真研究77装置。铅酸蓄电池有成本低，储能多等优势，应用池阵列、光伏控制器、超级电容、充电控制器、蓄最为广泛。铅酸蓄电池寿命与充放电状态相关，如电池、电流变换器、LED负载组成，连接结构如图果出现充电电压不当或不合理使用

7、铅酸蓄电池等情1所示。超级电容跨接在直流母线和地线之间，用况时会大大缩减其使用寿命。不合理的使用方式会于保持直流母线的电压，并缓冲光伏电池提供的过导致蓄电池提前损坏的概率达到85％。此外，太大能量，在适当的时候放电以满足蓄电池的充电需阳能输出功率是根据天气状况而随机变化的，这也要和负载的供电需要。使蓄电池的合理充放电与光伏最大功率跟踪控制之间出现矛盾。若单纯追求光伏电池的最大功率跟踪控制而不考虑蓄电池充电方式的合理性，只会导致系统提前损坏，造成经济损失；而若只严格按照蓄电池的充电曲线设计，就很难实现光伏电池的最大功率跟踪控制，无法达到系统的最大发电

8、效率。超级电容作为中间储能装置，用于缓冲光伏电池电压的随机变化，可以有效解决上文所述的矛盾。超级图1太阳能路灯系统结构电容