独立太阳能光伏发电用双向DC-DC变换器的全数字化控制

【摘要】：世界环境的日益恶化和传统能源的日渐枯竭,促使了人类对新能源的研究和开发。太阳能光伏发电具有无污染、无噪音、取之不尽、用之不竭等优点,越来越受到世界各国的广泛关注,在未来的供电系统中将占有重要的地位。本论文针对独立太阳能光伏发电系统用双向DC-DC变换器,开展了基于TMS320F2812的太阳能光伏发电全数字化控制的理论和试验研究。 双向DC-DC变换器(Bi-directional DC-DC Converter, BDC)是可以双向调节能量流动方向的直流-直流变换器。论文首先分析介绍了太阳能光伏电池发电机理及DC-DC变换器的基本工作原理。然后由浅入深引出双向DC-DC变换器的工作原理及不同的主电路拓扑结构。在此基础上设计了系统的硬件结构和软件结构。该变换器高压侧接太阳能电池阵列,低压侧接铅酸蓄电池组。 本文采用数字PID的控制算法。控制电路通过对太阳能电池阵列输出电压大小的监测决定主电路工作于Buck状态还是工作于Boost状态。当主电路工作于Buck状态时,高压侧太阳能电池阵列对蓄电池组进行充电,软件通过对蓄电池组端电压的判断自动选取恒压或恒流的充电模式。当主电路工作于Boost状态时,低压侧蓄电池组进行恒压放电。电路的过压保护、欠压保护、过流保护采用软硬件双重保护。 文中详细给出了独立太阳能光伏发电用双向DC-DC变换器的系统设计、软硬件设计、数字PID控制器的实现方法及实验结果分析与优化过程。 【关键词】：双向DC-DC变换器 TMS320F2812 数字PID 太阳能电池阵列 铅酸蓄电池组
【学位授予单位】：河北科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题选题背景及意义9-10
• 1.1.1 课题选题背景9-10
• 1.1.2 课题选题意义10
• 1.2 双向DC-DC变换器两端输入电源特性分析10-13
• 1.2.1 太阳电池特性10-12
• 1.2.2 铅酸蓄电池充放电策略12-13
• 1.3 双向DC-DC变换器的概念及国内外研究现状13-14
• 1.4 本课题的研究目的及内容14
• 1.5 本章小结14-15
• 第2章 系统总体设计15-20
• 2.1 系统构型及相关参数15-17
• 2.1.1 双向DC-DC变换器构型15
• 2.1.2 系统太阳能电池板参数15-16
• 2.1.3 系统铅酸蓄电池参数16-17
• 2.2 系统设计要求17-18
• 2.2.1 系统要求17-18
• 2.2.2 主要技术指标18
• 2.3 技术路线18-19
• 2.4 本章小结19-20
• 第3章 系统主电路拓扑及其工作原理20-39
• 3.1 双向DC-DC变换器主电路拓扑结构20-21
• 3.1.1 非隔离双向DC-DC变换器20-21
• 3.1.2 隔离双向DC-DC变换器21
• 3.2 系统主电路拓扑及其工作原理21-25
• 3.2.1 系统主电路Buck支路工作原理22-23
• 3.2.2 系统主电路Boost支路工作原理23-25
• 3.3 系统主电路参数计算25-31
• 3.3.1 储能电感的容量计算25-27
• 3.3.2 滤波电容的容量计算27-28
• 3.3.3 主功率开关器件类型选取及容量计算28-29
• 3.3.4 无损吸收电路的设计29-31
• 3.4 Buck电路仿真及分析31-35
• 3.4.1 Buck电路模型的建立及参数设置32
• 3.4.2 Buck电路仿真波形32-33
• 3.4.3 Buck各主要元器件参数对输出波形的影响33-35
• 3.5 Boost电路仿真及分析35-38
• 3.5.1 Boost电路模型的建立及参数设置35
• 3.5.2 Boost电路仿真波形35-36
• 3.5.3 Boost电路各主要元器件参数对输出波形的影响36-38
• 3.6 主电路参数整定及整定后仿真波形38
• 3.7 本章小结38-39
• 第4章 控制系统硬件电路设计39-50
• 4.1 控制系统硬件电路组成部分39
• 4.1.1 控制系统组成部分39
• 4.1.2 控制系统元器件说明39
• 4.2 TMS320F2812最小系统39-40
• 4.2.1 TMS320F2812概述39-40
• 4.2.2 DSP2812最小系统40
• 4.3 控制电源板的优化设计40-42
• 4.4 AD采样电路42-45
• 4.4.1 电压采样及调理电路42-43
• 4.4.2 电流采样及调理电路43-44
• 4.4.3 AD采样校准电路44-45
• 4.5 PWM驱动电路45-48
• 4.6 保护电路48-49
• 4.7 本章小结49-50
• 第5章 系统调试工具及控制算法实现50-60
• 5.1 DSP开发软件及工具50-51
• 5.1.1 软件开发工具50
• 5.1.2 硬件开发工具概述50-51
• 5.2 数字信号处理概述51-52
• 5.3 系统程序控制算法实现52-59
• 5.3.1 充放电模式间的切换原则52
• 5.3.2 系统主程序流程52-53
• 5.3.3 PWM软件实现流程53-55
• 5.3.4 A/D转换软件实现流程55-56
• 5.3.5 数字PID调节算法实现流程56-58
• 5.3.6 系统充放电程序流程改进58-59
• 5.4 本章小结59-60
• 第6章 整机安装调试及实验结果分析60-67
• 6.1 控制板调试平台制作及PCB板调试60-63
• 6.1.1 调试平台设计及制作60
• 6.1.2 控制线路板的调试60-63
• 6.2 整机的安装调试63-66
• 6.2.1 充电模式实验63-64
• 6.2.2 放电模式实验64-65
• 6.2.3 充放电模式切换实验65
• 6.2.4 调试过程经验教训及展望65-66
• 6.3 本章小结66-67
• 结论67-68
• 参考文献68-71
• 攻读硕士学位期间所发表的论文71-72
• 致谢72

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