小功率太阳能直流供电系统架构的研究

【摘要】：太阳能光伏发电作为一种清洁能源,由于在新能源开发中最简便、技术最成熟,因而得到了广泛的应用。目前光伏发电研究主要集中在中、大规模太阳能发电地区,对于常见的小功率光伏发电系统在广大欠发达地区应用的研究并不多。针对此类场合,如何提高小功率太阳能光电转换效率、设计合理的充放电控制系统对于光伏发电的研究将具有重要的意义。本文主要完成了以下工作:(1)研究了几种传统的最大功率点(MPPT)控制方法,进而提出了适用于小功率光伏发电的具有宽温度补偿恒压式MPPT控制方法。在该方法的基础上通过软件与硬件相结合,实现了光伏阵列最大功率的输出。(2)提出了具有远程控制功能的小功率光伏发电系统架构,包括单片机实时监测外界环境温度、蓄电池电量变化和GSM远程通信控制等多项功能。针对蓄电池三段式充电和过放保护的要求,设计了相应的充放电保护板。然后对于蓄电池中的输出电压通过DC-DC降压设计供给外面负载。最后在仿真的基础上,通过硬件设计验证了控制系统的合理性。(3)为了保证所设计的光伏系统中蓄电池的电量能够应用于交流设备,设计了DC-AC转换电路。首先通过MATLAB软件对单相全桥逆变电路进行了仿真,验证了逆变控制的可行性。接着基于TMS320LF2407A为主芯片的DSP以及开关管设计了逆变电路,测试结果实现了交流电的输出。(4)针对光伏发电系统中的降压变换电路(Buck),利用了状态空间平均法进行Buck小信号建模分析,通过PID参数设计实现对系统幅频域度、相位裕度和超调量的调节,实现控制系统稳定的输出。 【关键词】：光伏发电 MPPT 单片机 蓄电池 DSP 全桥逆变 小信号建模
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-15
• 1.1 课题研究的背景8-11
• 1.1.1 现阶段能源状况8-9
• 1.1.2 国内外太阳能光伏发电的发展趋势9-11
• 1.2 光伏发电的特点与利用技术11-12
• 1.2.1 太阳能利用的优缺点11
• 1.2.2 太阳能利用技术11-12
• 1.3 光伏发电系统效率的研究现状12-13
• 1.4 本论文主要研究的工作13-15
• 第二章 太阳能最大功率点跟踪技术的研究15-34
• 2.1 引言15-16
• 2.2 光伏系统的数学建模与输出特性分析16-21
• 2.2.1 光伏电池数学模型与分析16-18
• 2.2.2 光伏组件数学模型18-20
• 2.2.3 光伏组件输出特性分析20-21
• 2.3 光伏最大功率点(MPPT)的控制研究21-28
• 2.3.1 MPPT控制原理简介21-22
• 2.3.2 常用的MPPT方法与比较分析22-24
• 2.3.3 MPPT控制电路的理论设计24-26
• 2.3.4 最大功率点的SIMetrix软件仿真与分析26-28
• 2.4 最大功率点硬件电路的设计28-32
• 2.5 最大功率点硬件电路测试与分析32-33
• 2.6 总结33-34
• 第三章 太阳能充放电控制系统的研究34-50
• 3.1 引言34
• 3.2 太阳能充放电系统架构的设计34-36
• 3.3 太阳能充放电系统的SIMetrix软件仿真与分析36-38
• 3.4 太阳能控制系统硬件电路设计与分析38-45
• 3.4.1 基于单片机的光伏控制器硬件设计38-40
• 3.4.2 光伏控制器的硬件测试与分析40-41
• 3.4.3 远程通信控制系统的设计与测试分析41-43
• 3.4.4 太阳能板输出控制的设计与测试分析43-45
• 3.5 蓄电池充放电保护的设计45-48
• 3.5.1 蓄电池充电控制方法45
• 3.5.2 蓄电池放电检测控制45-48
• 3.6 总结48-50
• 第四章 太阳能系统逆变控制技术的研究50-60
• 4.1 引言50-51
• 4.2 DSP中SPWM波的实现方法51-53
• 4.2.1 SPWM波等面积法简要分析51-52
• 4.2.2 SPWM波形的控制实现52-53
• 4.3 DSP控制逆变系统的MATLAB仿真与分析53-55
• 4.4 基于DSP控制的逆变系统的硬件设计与分析55-57
• 4.4.1 DSP主电路硬件设计与分析55-56
• 4.4.2 单相全桥逆变电路硬件设计与分析56-57
• 4.5 逆变控制系统的硬件测试与分析57-58
• 4.6 总结58-60
• 第五章 降压控制系统的小信号建模与仿真60-74
• 5.1 引言60
• 5.2 状态空间平均法的概述与建模条件60-61
• 5.3 Buck电路建模研究61-63
• 5.4 Buck电路仿真分析63-67
• 5.4.1 基于MATLAB/Simulink的Buck电路仿真63-65
• 5.4.2 基于传递函数的Buck电路仿真65-67
• 5.5 Buck电路中PID矫正方法的设计67-73
• 5.6 总结73-74
• 第六章 结论与展望74-76
• 6.1 结论74-75
• 6.2 展望75-76
• 参考文献76-79
• 附录1攻读硕士学位期间撰写的论文79-80
• 附录2攻读硕士学位期间申请的专利80-81
• 附录3攻读硕士学位期间参加的科研项目81-82
• 致谢82

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