基于单片机控制的太阳能逆变电源研究

【摘要】：太阳能作为一种巨量的可再生能源，是目前大量应用的化石能源的主要替代能源之一，是人类可利用的最直接的清洁能源之一，因此开发利用太阳能具有重大的战略意义。本文设计并研制了一台独立的太阳能光伏逆变电源，结构简单、低成本、效率高、数字化控制及显示，输出电压的质量高，系统的动态响应速度快。 本系统包括太阳能电池直流充电系统和逆变系统两大部分。在充电器设计部分，介绍了太阳能电池输出特性及蓄电池充电特性，并在此基础上设计了两阶段恒压充电的充电策略，即实现了太阳能电池的最大功率输出，又对蓄电池进行了合理地充电。主电路以Boost电路形式实现了蓄电池充电控制的设计。 在逆变器设计部分，本文总结了通常采用的电路拓扑并比较了各自优缺点，采用了“全桥逆变+高频升压+LC滤波”的设计策略，实现电路简单、成本低、易于控制。然后，本文详细介绍了主电路及其参数选择的原理及公式，并确定了实验用样机的参数。 控制电路设计采用了双核AVR微处理器ATmega16L控制，构成主／从机模式。逆变电路采用单极性SPWM调制方式，设计了电压电流双闭环反馈控制稳定输出交流电压。文中详细地介绍了电压电流双闭环控制的原理和结构设计，并建立了全桥逆变电路的连续状态空间数学模型和离散状态空间数学模型，利用MATLAB／Smulink对控制系统进行了仿真分析。结合样机试验，得到输出电压正弦度高、稳定性好，负载突变时系统动态响应速度得到大大提高，符合了设计目的。 此外对辅助电源、保护电路以及系统抗干扰技术也做了较详细的介绍。 【关键词】：太阳能电池 逆变器 正弦波调制 反馈控制
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-14
• 1.1 太阳能利用的背景和意义10
• 1.2 太阳能光伏发电系统10-11
• 1.3 太阳能逆变电源的现状与发展11-12
• 1.4 电力电子技术现状及发展12-13
• 1.5 本课题的任务13-14
• 第2章 太阳能电池板直流充电系统14-24
• 2.1 太阳能电池及其特性14-16
• 2.2 蓄电池及其充电特性16-18
• 2.3 直流充电器设计18-24
• 2.3.1 主电路原理18-20
• 2.3.2 蓄电池充电控制策略的分析20-24
• 第3章 逆变系统24-63
• 3.1 太阳能逆变电源的设计要求24
• 3.2 逆变主电路架构及功能24-25
• 3.3 逆变控制方式25-29
• 3.4 高频变压器设计29-35
• 3.4.1 高频磁性材料29-30
• 3.4.2 高频变压器参数计算30-35
• 3.5 输出LC滤波器设计35-36
• 3.6 全桥型逆变主电路元器件参数的确定36-38
• 3.7 控制电路设计38-54
• 3.7.1 AVR微控制器介绍38-46
• 3.7.2 双核微处理器闭环控制46-48
• 3.7.3 数字 PID调节48-51
• 3.7.4 电压电流双闭环控制的原理和结构51-54
• 3.8 逆变系统的仿真研究54-61
• 3.9 实验波形61-63
• 第4章 辅助电源、保护电路及系统抗干扰设计63-71
• 4.1 辅助电源设计63-66
• 4.2 保护电路设计66-69
• 4.2.1 蓄电池的过充电、过放电保护66-68
• 4.2.2 过流保护68-69
• 4.3 系统的抗干扰技术69-71
• 结论71-72
• 参考文献72-74
• 附录A 电路原理图74-75
• 附录B 程序清单75-84
• 攻读学位期间公开发表论文84-85
• 致谢85-86
• 研究生履历86

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