南极天文观测微电网结构设计与运行控制研究

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南极冰穹A地区具有风速低、震动小、纬度高、视宁度好、场地大等显著优点,被认为是进行地面天文观测的最佳站址,适于布设大型光学干涉望远镜阵。我国十二五计划在冰穹A建设无人值守自动运行的南极天文观测平台,以开展极地天文观测活动。为实现这一目标,必须构建保障观测仪器正常运行的支撑平台,该平台的核心即能够在极端环境下实现电能可靠、高效地供给和无人值守的供电子系统。  本文根据供电子系统性能指标的要求,在对比分析多种微电网系统结构的基础上,设计了供电子系统的详细结构,对柴油发电机组、UPS和蓄电池等主要设备进行了选型。为了满足无人值守的要求,对柴油发电机组在低温低压条件下的启动、远程控制、热平衡以及燃油与润滑油的免维护循环提出了适应性改造的方法,还对供电子系统中的柴油发电机组、UPS、交流母线、光伏发电系统的启动、停止、切换等控制逻辑和执行流程进行了详细设计。  由于冰穹A地区特殊的地理环境和气候条件,天文观测平台是一个处于孤岛运行状态下的独立微电网。本文根据柴油发电机组、蓄电池组、光伏电池等主要供电单元的运行约束条件,制定微电网系统的能量管理策略。在MATLAB软件中,分别建立了5kW和15kW供电模块的能量管理系统模型,使用给定的负载和光照参数,通过仿真模拟了柴油发电机组、蓄电池组、光伏发电系统的运行状态。在制定的能量管理策略的基础上,研究并设计了柴油发电机组、蓄电池组、光伏发电系统的控制方法,通过建模与仿真,验证了控制方法的可行性。
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