一种基于新型MPPT算法的嵌入式太阳能光伏逆变器

【摘要】：伴随世界经济的高速发展传统能源的消耗量越来越大,太阳能作为绿色能源越来越受到世界各国的重视。光伏发电是太阳能利用的主要形式,具有广阔的发展前景。为进一步提高光伏发电系统的性能,本文研究一种小功率独立光伏发电系统的结构方案、控制策略及技术实现方案,主要用于野外无电地区。 首先,对光伏电池的工作机理及输出特性进行详细分析,根据硅太阳能电池的数学模型建立了光伏电池的Matlab仿真模型,分析了太阳光照强度和温度对太阳能电池阵列输出特性的影响。针对目前常用的最大功率点跟踪(MPPT)方法存在的问题,本文提出了一种新型的双模MPPT控制方法:当MPPT启动或外界环境发生突变时采用具有良好动态特性的固定电压法,使光伏阵列的工作电压直接调节到最大功率点附近,然后采用变步长扰动观察法进行跟踪微调。该方法结合了固定电压法和变步长扰动观察法的优点,能够快速跟踪外部环境变化、最大功率点处无振荡、并能实现外界环境突变等恶劣条件下的最大功率点跟踪。 其次,本文系统提出了基于双向DC/DC变换器的蓄电池充放电控制方法,该双向变换器的高压端与直流母线并联,通过检测光伏阵列、蓄电池及负载端口状态完成对蓄电池的充放电控制,探讨了光伏逆变器输出电能与蓄电池充放电间的能量调度。 最后,探讨了基于嵌入式技术的太阳能光伏逆变器的软、硬件设计,硬件部分主要以ColdFire系列32位微控制器MCF52235为核心,对控制器最小系统、信号采样模块、功率板电路、信号驱动及系统辅助电源等进行了详细的设计和分析;软件部分采用嵌入式实时操作系统进行软件模块化设计,将系统软件分解成若干个任务模块,详细分析了主控制板算法实现、信号转换、PWM输出任务和人机界面的软件实现过程,并对系统软件进行了初步调试。 【关键词】：光伏电池 MPPT 双模控制 双向DC/DC 蓄电池 嵌入式系统
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 本课题研究背景10-11
• 1.2 光伏发电系统的关键技术发展概况11-16
• 1.2.1 最大功率点跟踪技术概述11-13
• 1.2.2 蓄电池充电技术概述13-14
• 1.2.3 逆变器控制技术概述14-16
• 1.3 本论文的研究内容16-17
• 第2章 新型光伏逆变器研究及仿真17-35
• 2.1 光伏转换与最大功率点跟踪17-22
• 2.1.1 光伏电池特性17-21
• 2.1.2 新型双模 MPPT 方法研究21-22
• 2.2 蓄电池及其充放电控制22-26
• 2.2.1 蓄电池的工作原理及分类22-24
• 2.2.2 蓄电池的充放电控制策略24-26
• 2.3 光伏逆变器及其控制方案研究26-28
• 2.3.1 光伏逆变器简介26-27
• 2.3.2 光伏逆变器控制27
• 2.3.3 光伏逆变器并网与冗余27-28
• 2.4 仿真分析28-33
• 2.4.1 MPPT 仿真分析28-31
• 2.4.2 逆变器仿真分析31-32
• 2.4.3 系统仿真分析32-33
• 2.5 本章小结33-35
• 第3章 新型光伏逆变器的硬件设计35-45
• 3.1 硬件总体框架与接口35-36
• 3.2 控制板电路设计36-38
• 3.3 功率板电路设计38-42
• 3.3.1 电压检测电路39-40
• 3.3.2 电流检测电路40-41
• 3.3.3 功率管驱动电路41
• 3.3.4 系统电源配置电路41-42
• 3.4 人机界面电路设计42-43
• 3.5 整机连接关系与工作原理43-44
• 3.6 本章小结44-45
• 第4章 新型光伏逆变器的软件设计45-57
• 4.1 软件功能及其结构45
• 4.2 软件设计流程及程序架构45-47
• 4.2.1 μC/OS-Ⅱ简介45-46
• 4.2.2 主程序架构46-47
• 4.3 控制算法程序47-51
• 4.3.1 新型 MPPT 算法程序47-50
• 4.3.2 蓄电池充放电控制算法程序50
• 4.3.3 PID 算法程序50-51
• 4.4 控制器任务程序51-55
• 4.4.1 信号模数转换程序51-52
• 4.4.2 PWM 波形输出程序52-53
• 4.4.3 串行通信中断服务子程序53-55
• 4.5 人机界面软件设计55-56
• 4.6 调试56
• 4.7 本章小结56-57
• 第5章 总结与展望57-59
• 5.1 总结57-58
• 5.2 不足与展望58-59
• 致谢59-60
• 参考文献60-63
• 附录一 控制板电路图63-65
• 附录二 功率板电路图65-68
• 附录三 操作面板电路图68-69
• 附录四 作者在读期间发表的学术论文及参加的科研项目69-70
• 详细摘要70-72

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