MPPT太阳能充放电控制器的研究与实现

【摘要】：能源和环境是当前人们关注的两大主题,特别是近年来一些地区经常出现雾霾天气,使得人们越来越重视环境保护,利用绿色新能源己成为一种迫切的需求,由于太阳能是一种绿色环保、清洁无污染的可再生能源,因此太阳能发电技术受到了全世界的重视；如何提高太阳能使用效率和如何延长太阳能储存设备的寿命成为人们研究的重点,也是目前人们充分利用太阳能需要解决的两大难题,所以开发一款高效的太阳能充放电控制器具有重要意义。本文正是基于这种情况设计了一款效率高、稳定性好、合理的给蓄电池充放电,并且能够快速跟踪太阳能电池最大功率输出点,采用STM32单片机为核心处理器的充放电控制器。 本文主要针对独立光伏发电系统中的太阳能充放电控制器进行研究,文章具体给出了系统的硬件电路设计,实现了系统软件编程和调试,并对系统实验数据进行分析对比。具体完成和实现的内容可总结如下几个方面： 首先,本文对太阳能光伏发电的背景和意义做了详细的阐述,同时对太阳能充放电控制器的研发现状进行了调研,并提出本文设计的任务和目标。 其次,根据太阳能电池板的特性搭建了MATLAB仿真模型,研究了温度和光照等对电池板输出特性的影响；论文中还研究了目前常用的MPPT算法原理,对比了各算法的优缺点,并提出了一种改进型的MPPT算法；另外重点研究了蓄电池的充放电特性。 再次,对常用的DC-DC电路的原理进行分析和对比,并确认本控制器的主电路采用BUCK同步整流拓扑结构,对主拓扑结构中关键器件进行参数选型,设计并验证驱动电路、采样电路和保护电路等,完成了电路板的绘制,焊接并完成了对控制器的调试和优化设计。 然后,控制器在KEIL编译环境下进行软件编程,软件编程包含对人机界面的编写,蓄电池的充电算法,蓄电池保护和负载保护等软件的编写。 最后,搭建实际试验平台,采集了相关的数据,通过对数据进行对比和分析,最终完成预期设计目标,使系统效率提高了20%-30%。 【关键词】：光伏发电 最大功率跟踪 同步整流 MATLAB仿真
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615;TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 本课题研究的背景和意义9-10
• 1.2 光伏发电技术的前景10-12
• 1.2.1 国外光伏发电现状10-11
• 1.2.2 国内光伏发电现状11-12
• 1.3 光伏充放电控制器技术的现状12-13
• 1.4 本论文的主要工作和结构13-14
• 第2章 光伏发电系统的组成及原理14-31
• 2.1 光伏发电系统的组成14
• 2.2 太阳能电池板的工作原理和特性14-18
• 2.2.1 太阳能电池板的工作原理15
• 2.2.2 太阳能电池板的等效电路15-16
• 2.2.3 太阳能电池板的Ⅰ-Ⅴ特性仿真分析16-18
• 2.3 太阳能电池板最大功率跟踪(MPPT)算法分析18-25
• 2.3.1 最大功率跟踪原理18-19
• 2.3.2 常见的MPPT控制算法的分析比较19-24
• 2.3.3 本文改进MPPT算法24-25
• 2.4 蓄电池特性和工作原理25-30
• 2.4.1 蓄电池的基本结构25
• 2.4.2 蓄电池的主要参数25-27
• 2.4.3 蓄电池的充电特性27-29
• 2.4.5 蓄电池的放电特性29-30
• 2.4.6 温度补偿30
• 2 .5 本章小结30-31
• 第3章 充放电控制系统硬件设计31-53
• 3.1 常用DC/DC电路拓扑结构31-34
• 3.2 控制器主电路拓扑结构分析34-36
• 3.2.1 控制器主结构分析34-35
• 3.2.2 控制器充放电回路分析35-36
• 3.3 Buck同步整流电路的设计36-42
• 3.3.1 BUCK同步电路原理37-40
• 3.3.2 BUCK同步电路主要参数的设计40-42
• 3.4 单片机最小系统及外围电路设计42-46
• 3.4.1 STM32F103X单片机性能介绍42-43
• 3.4.2 外围电路设计43-46
• 3.5 驱动电路设计46-49
• 3.6 采样电路49-51
• 3.6.1 电压和温度采样电路设计49-50
• 3.6.2 电流采样电路设计50-51
• 3.7 保护电路设计51-52
• 3.8 本章小结52-53
• 第4章 控制系统软件设计53-60
• 4.1 MPPT型充电控制器软件总体流程图53-54
• 4.2 控制器充电控制程序54-57
• 4.3 控制器放电控制程序57-58
• 4.4 软件优化58-59
• 4.5 本章小结59-60
• 第5章 系统测试结果及分析60-67
• 5.1 系统测试60-61
• 5.1.1 实验测试平台60
• 5.1.2 试验设备60-61
• 5.1.3 试验步骤61
• 5.2 试验数据与分析61-65
• 5.2.1 试验数据61-65
• 5.2.2 试验结论65
• 5.3 本章小结65-67
• 参考文献67-70
• 致谢70

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