小功率太阳能控制器的研究

【摘要】：太阳能由于它资源丰富,无污染受到了人们的青睐。但太阳能电池的成本偏高,原料也极为有限。此外,太阳能的利用率处于极低的阶段,只有10%左右。提高太阳能这一丰富资源的利用率,需要对太阳能最大功率点进行跟踪。 对于中小功率用户来说,独立光伏发电系统基本上就能够满足其正常生活需要。一般来说,太阳能发电系统由光伏阵列,蓄电池和太阳能控制器组成。控制器的作用就是调节和稳定电压实现最大功率跟踪功能,控制蓄电池防止过充电和过放电维持系统平衡。 本文介绍了光伏发电系统的基本组成,阐述了太阳能电池的工作特性及原理。为了更好地研究太阳能的性能,本文结合物理参数和实际工作参数,对太阳能电池进行了建模及仿真。通过仿真证明,模型和太阳能电池理论数据相符合。通过对太阳能电池输出特性的分析,给出了最大功率点跟踪的概念,同时介绍了几种常用的算法,并最终确定了自寻优和非自寻优相结合的跟踪算法。在此基础上,利用MATLAB软件的仿真功能,结合主电路的拓扑结构,对最大功率点跟踪算法进行了仿真,验证了算法的快速响应和稳定性。本系统设计的控制器结合MPPT技术能够有效地控制蓄电池的充、放电,避免蓄电池在应用中出现的过充、过放现象,最大程度地储存光伏电池所产生的电能。 本系统采用DC-DC变换器拓扑结构,通过对各种变换电路的优缺点进行分析总结,选用TMS320F2812DSP芯片作为控制器对系统最大功率点跟踪和蓄电池进行控制,使用IGBT器件并采用BUCK控制电路作为独立发电系统的主电路拓扑结构。同时完成了软件流程的设计,来实现控制器的功能。 【关键词】：光伏 最大功率点跟踪 蓄电池 控制器
【学位授予单位】：山东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目录6-8
• 第一章 绪论8-15
• 1.1 光伏发电背景及意义8-9
• 1.2 光伏产业国内外研究现状及发展趋势9-13
• 1.2.1 国外光伏发电的发展及现状9-12
• 1.2.2 我国光伏发电的发展及现状12-13
• 1.2.3 光伏发电的发展趋势13
• 1.3 本课题的研究内容与意义13-15
• 1.3.1 课题研究的主要内容13-14
• 1.3.2 课题研究的意义14-15
• 第二章 光伏发电系统的基本理论15-22
• 2.1 光伏发电的基本原理15-17
• 2.2 光伏电池的输出特性及影响因素17-18
• 2.3 光伏发电系统的组成18-21
• 2.3.1 光伏发电系统的基本组成18-19
• 2.3.2 光伏发电系统的类型19-21
• 2.4 本章小结21-22
• 第三章 光伏最大跟踪系统算法研究及实现22-28
• 3.1 光伏最大功率跟踪的原理22
• 3.2 光伏最大功率跟踪算法22-26
• 3.2.1 恒定电压跟踪法22-24
• 3.2.2 干扰观察法24-25
• 3.2.3 增量电导法25-26
• 3.3 本文所采用的最大功率跟踪算法26-27
• 3.4 本章小结27-28
• 第四章 光伏发电系统的充放电控制系统28-32
• 4.1 蓄电池的工作原理及特性参数28-29
• 4.2 蓄电池充电技术29-30
• 4.3 本系统的控制策略30-31
• 4.4 本章小结31-32
• 第五章 太阳能独立光伏发电控制系统设计32-52
• 5.1 拓扑结构的设计32-39
• 5.1.1 DC/DC变换器的选择32-38
• 5.1.2 储能电感L的选择38
• 5.1.3 滤波电容C的选择38-39
• 5.1.4 功率开关管和二极管的选择39
• 5.2 硬件电路设计39-41
• 5.2.1 DSP外围电路设计40-41
• 5.3 采样检测电路设计41-43
• 5.3.1 电压采样检测电路42
• 5.3.2 电流采样检测电路42-43
• 5.3.3 温度传感器的选择43
• 5.4 A/D转换器输入电路设计43-44
• 5.5 辅助电源电路设计44
• 5.6 光电隔离驱动电路设计44-45
• 5.7 与PC机串行通讯的实现45-46
• 5.8 软件设计46-51
• 5.8.1 主程序46-47
• 5.8.2 最大功率点跟踪子程序47-49
• 5.8.3 充电控制子程序49-50
• 5.8.4 采样中断子程序50
• 5.8.5 程序抗干扰措施50-51
• 5.9 本章小结51-52
• 第六章 系统仿真结果及数据52-61
• 6.1 系统的仿真52-58
• 6.1.1 太阳能电池的仿真模型52-54
• 6.1.2 太阳能电池的仿真结果54-55
• 6.1.3 最大功率点跟踪系统的仿真55-56
• 6.1.4 仿真结果分析56-58
• 6.2 蓄电池实验结果及分析58-60
• 6.3 本章小结60-61
• 第七章 全文总结与展望61-63
• 7.1 全文总结61-62
• 7.2 未来工作展望62-63
• 硕士期间发表论文63-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-66

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