太阳能专用电源的研究与设计

【摘要】：传统能源的逐渐枯竭以及环境的日益恶化严重制约了世界经济的发展,人类已经迫不及待寻求可再生的绿色能源来代替传统能源。太阳能因其清洁环保,永不衰竭的特点,使得太阳能发电技术越来越受到人们的青睐。为了最大化利用太阳能,提高太阳能发电系统的效率以及蓄电池充电效率,实现交直流负载的不间断供电,本文提出并设计了一种太阳能为主、市电为辅的双输入通道专用电源。本文的主要内容和研究成果如下：(1)分析了太阳能专用电源关键技术的工作原理、研究现状及应用。(2)设计了双输入通道专用电源系统架构。通过比较分析不同拓扑的结构特点,确定太阳能通道以三相交错并联BUCK变换器作为主拓扑,市电通道以ZVS移相全桥变换器作为主拓扑,分析了两路变换器的工作状态并设计了硬件电路,给出了主电路元器件参数计算以及选型。完成了变换器的隔离驱动、保护以及信号采样等电路的设计。(3)针对太阳能通道和市电通道在直流母线处的功率平衡控制,提出了电压外环和电流内环的双闭环控制策略,分别对两路变换器的输出功率进行协调控制。通过对BUCK变换器进行小信号建模分析,根据其开环特性的不足,引入双闭环控制,有效地控制变换器的输出电压和电流,实现对蓄电池的充放电和负载供电。(4)基于STM32F103VET6设计了一套控制系统,给出了整个系统的工作流程、蓄电池管理任务控制流程、太阳能电池最大输出功率控制流程,以及相应的控制程序。(5)研制了一台太阳能专用电源样机,并对样机进行测试,结果表明该样机各项工作指标均符合设计要求。 【关键词】：太阳能发电 双通道模式 MPPT 交错BUCK 双闭环控制 移相全桥
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题研究背景和意义10-11
• 1.2 太阳能发电系统概述11-13
• 1.3 太阳能发电系统关键技术研究现状13-15
• 1.3.1 太阳能发电最大功率跟踪技术研究现状13-14
• 1.3.2 电池管理技术研究现状14-15
• 1.4 课题研究内容15-17
• 第2章 太阳能专用电源关键技术17-30
• 2.1 太阳能电池最大功率跟踪技术17-20
• 2.1.1 太阳能电池的等效模型及输出特性17-19
• 2.1.2 太阳能电池最大功率跟踪的原理19-20
• 2.2 DC/DC变换技术20-24
• 2.2.1 非隔离型DC/DC变换器20-23
• 2.2.2 隔离型DC/DC变换器23-24
• 2.3 蓄电池管理技术24-29
• 2.3.1 蓄电池充电控制方法25-27
• 2.3.2 蓄电池剩余容量检测方法27-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第3章 太阳能专用电源电路设计30-52
• 3.1 太阳能专用电源的结构30-31
• 3.2 太阳能和市电双通道互补方式31-32
• 3.3 三相交错并联BUCK变换器设计32-45
• 3.3.1 电路工作状态分析33-38
• 3.3.2 三相交错并联BUCK变换器驱动电路38-39
• 3.3.3 功率开关管及损耗分析39-40
• 3.3.4 电感和滤波电容设计40-41
• 3.3.5 太阳能电池充电防反电路41
• 3.3.6 电压检测41-43
• 3.3.7 电流检测43-45
• 3.4 ZVS移相全桥变换器设计45-51
• 3.4.1 电路工作状态分析45-48
• 3.4.2 ZVS移相全桥变换器驱动电路48-49
• 3.4.3 高频变压器设计49-51
• 3.5 本章小结51-52
• 第4章 太阳能专用电源控制策略研究52-66
• 4.1 直流母线功率平衡控制策略52-55
• 4.1.1 直流母线稳定控制52-53
• 4.1.2 功率控制53-55
• 4.2 三相交错并联BUCK变换器控制策略55-63
• 4.2.1 三相交错并联BUCK变换器小信号建模分析55-59
• 4.2.2 三相交错并联BUCK变换器开环系统分析59-60
• 4.2.3 双闭环控制设计60-63
• 4.3 蓄电池管理控制63-65
• 4.3.1 蓄电池充放电控制63-64
• 4.3.2 蓄电池剩余容量检测64-65
• 4.4 本章小结65-66
• 第5章 基于STM32控制系统设计及实验测试66-75
• 5.1 控制系统功能概述66-67
• 5.2 控制系统工作流程67-68
• 5.3 控制系统功能实现流程68-71
• 5.3.1 MPPT控制流程68-70
• 5.3.2 蓄电池管理任务流程70-71
• 5.4 电源实验测试波形及实物71-74
• 5.4.1 驱动电路测试71-72
• 5.4.2 纹波测试72-73
• 5.4.3 过流保护73-74
• 5.4.4 电源实物74
• 5.5 本章小结74-75
• 第6章 总结和展望75-77
• 6.1 全文总结75
• 6.2 未来展望75-77
• 参考文献77-80
• 致谢80

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