基于模糊控制的太阳能MPPT充电控制器的研究与实现

【摘要】： 由于当今能源短缺,太阳能的无限可利用价值使其成为全世界瞩目的焦点,但一直以来太阳能充电技术都没有突破性进展,光伏器件转换效率低,蓄电池价格昂贵,因此研究光伏充电技术是非常有意义的。本论文对太阳能充电技术进行了较为深入的研究,以充分保护蓄电池和最大限度地增大太阳能电池的转换效率为基本设计目标,采用PIC16F877进行智能控制,对太阳能最大功率跟踪技术和蓄电池的充电技术进行了系统的理论、仿真和试验研究,并对最大功率跟踪系统进行模糊控制,制作了基于模糊控制的太阳能最大功率跟踪充电控制器。主要内容如下: 1、对太阳电池的数学模型和输出特性进行研究,分析外界环境温度和光照强度对输出特性的影响,在对光伏电池阵列数学模型进行充分分析抽象之后,建立光伏电池仿真模型。 2、针对太阳能电池特性,在深入分析最大功率跟踪原理的基础上,通过分析最大功率跟踪的各种控制方案,提出了一种基于模糊控制的最大功率跟踪控制,以充分提高太阳能电池板的利用率,并对扰动观察法和模糊控制法分别进行了仿真建模,比较这两种控制方法的优劣,并用实验验证了模糊控制最大功率跟踪的充电可行性。 3对蓄电池的特性、工作原理及充电方法进行深入研究之后,结合系统整体的需要选用多阶段恒流技术充电,对蓄电池的充电过程进行保护,设计了安全控制电路,使充电控制器系统运行在稳定的状态,诸如防反接、过流、过压、EMI防护等。并对系统主电路所选用的参数进行分析与计算,选用Buck电路,对12V的蓄电池进行充电。软件方面,用模糊控制的最大功率跟踪算法和多阶段恒流技术进行程序设计,并对各种保护系统的程序进行设计说明。充电结果表明:本设计系统的充电性能良好,极大的提高了光伏电池的利用率。 本文的研究工作得到国家自然科学基金重点项目(60534040)、国家863计划项目(2007AA05Z244)和广东省绿色能源技术重点实验室的资助。 【关键词】：太阳能 充电 最大功率点跟踪(MPPT) 模糊控制
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 第一章 绪论10-13
• 1.1 课题背景10-11
• 1.2 课题的研究意义11-12
• 1.3 论文的主要内容及章节安排12-13
• 第二章 光伏充电器的主要部件与原理特性13-25
• 2.1 光伏电池的工作原理及特性13-18
• 2.1.1 光伏电池的分类13-14
• 2.1.2 光伏电池的特性14-18
• 2.2 铅酸蓄电池的工作原理及其充电技术18-24
• 2.2.1 蓄电池的工作原理19
• 2.2.2 铅酸蓄电池的充电技术19-23
• 2.2.3 本系统采取的充电策略23-24
• 2.3 本章小结24-25
• 第三章 最大功率跟踪系统的研究与仿真设计25-44
• 3.1 太阳能光伏系统常用DC/DC 变换器及其特点25-29
• 3.2 最大功率跟踪算法的理论基础29
• 3.3 最大功率跟踪原理29-30
• 3.4 光伏阵列最大功率跟踪点控制算法30-34
• 3.4.1 直接检测法30
• 3.4.2 定电压跟踪法（CVT）30-31
• 3.4.3 干扰观测法（P&O）31-32
• 3.4.4 电导增量法32
• 3.4.5 基于最优梯度法32-33
• 3.4.6 滑模控制法33
• 3.4.7 模糊控制法33-34
• 3.5 太阳能充电器最大功率跟踪系统仿真设计34-43
• 3.5.1 扰动观察法的最大功率跟踪仿真35-37
• 3.5.2 模糊控制法的最大功率跟踪仿真37-43
• 3.5.3 MPPT 仿真结论43
• 3.6 本章小结43-44
• 第四章 太阳能充电器的硬件和软件设计44-66
• 4.1 系统总体设计方案44-45
• 4.2 控制器的主要功能和工作原理45-46
• 4.2.1 控制器的主要功能45
• 4.2.2 控制器的工作原理45-46
• 4.3 光伏系统电路硬件设计46-53
• 4.3.1 Buck 电路硬件设计46-48
• 4.3.2 MPPT 控制电路硬件设计48-53
• 4.4 充电电路硬件设计53-60
• 4.4.1 充电电路的工作原理53-55
• 4.4.2 充电电路硬件设计55-59
• 4.4.3 辅助电源电路硬件设计59-60
• 4.5 系统软件设计60-65
• 4.5.1 太阳能充电器总体软件设计流程60-61
• 4.5.2 最大功率跟踪软件设计流程61-62
• 4.5.3 各种保护电路作用的软件设计流程62-65
• 4.6 本章小结65-66
• 第五章 太阳能充电器实验结果及分析66-69
• 5.1 太阳能充电器实验电路及实物图66
• 5.2 实际试验分析66
• 5.3 模糊控制MPPT充电控制器实验测试结果66-68
• 5.4 实验结果分析68
• 5.5 本章小结68-69
• 结论与展望69-71
• 参考文献71-75
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果75-76
• 致谢76

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