太阳能户用逆变电源的设计

【摘要】： 能源是人类赖以生存和发展的基础,是社会经济可持续发展的重要物质保障。随着资源的日益枯竭,以太阳能为代表的可再生能源由于其环保和永不枯竭的特点而越来越受到人们的青睐。考虑到我国西北广大地区的牧民和边远地区的哨所用电还比较困难,而那些地区又有非常丰富的太阳能资源,开发设计一款具有良好动态性能和控制精度的太阳能户用逆变电源系统就有十分重要的现实意义。 由于太阳能电池高昂的造价,太阳能户用逆变电源系统根据太阳能电池的U-I特性曲线,实现了最大功率跟踪技术(MPPT)的充放电控制策略,大大提高了系统的效率。同时,为了提高整个系统的可靠性,文章在充放电控制和逆变控制的软件部分中加入了数字滤波算法和看门狗等抗干扰措施。在升压部分,系统采用高频推挽技术,利用TL494构建PI控制环路;在DC/AC逆变部分,文章首先从理论上深入分析了SPWM的调制技术,并给出了实现方法——dsPIC30F2020单片机利用实时计算法软件实现SPWM。为了保证输出电压和功率的稳定性,文章对瞬时值内环、平均值外环的双环控制策略进行了深入的理论分析,并通过本设计给出了双环控制的PI参数整定的方法。文章根据实际工程的需要对器件的选型做了较为深入的理论分析,并且完成了各种异常情况下的保护(蓄电池反接,输入欠压、过压,输出过载、短路,过温等)。 根据这些研究,设计了一台独立运行的500W太阳能户用逆变电源样机,对其各项性能进行测试,结果表明各项指标均达到设计要求。 【关键词】：双环控制 dsPIC30F2020 SPWM MPPT
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 致谢7-13
• 第1章 绪论13-17
• 1.1 太阳能及其太阳能发电13-15
• 1.1.1 太阳能与光伏技术13
• 1.1.2 光伏发电技术现状与发展13-14
• 1.1.3 太阳能逆变电源的研究背景14-15
• 1.2 太阳能户用逆变电源的设计目标15-16
• 1.3 本文的主要工作16-17
• 第2章 具有MPPT技术的太阳能充放电控制器17-29
• 2.1 太阳能电池及其工作特性17-19
• 2.1.1 太阳能电池工作原理17
• 2.1.2 太阳能电池的电流—电压特性17-19
• 2.2 太阳能蓄电池充放电理论19
• 2.3 太阳能充放电控制电路的硬件设计19-24
• 2.3.1 基于MCU的充放电控制电路的拓扑选型20-21
• 2.3.2 dsPIC30F2020单片机简介21-22
• 2.3.3 充放电控制的硬件实现22-24
• 2.4 太阳能充放电控制器的软件设计24-28
• 2.4.1 MPPT技术及其实现24-26
• 2.4.2 充放电控制的软件实现26-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 太阳能户用电源逆变部分硬件设计29-43
• 3.1 太阳能户用电源电路的选择29-31
• 3.1.1 主电路拓扑的选型与分析29-30
• 3.1.2 推挽变换电路的分析30-31
• 3.1.3 全桥逆变电路的分析31
• 3.2 驱动电路的设计31-35
• 3.2.1 推挽变换器的驱动控制31-33
• 3.2.2 基于TL494的PI控制环路33-34
• 3.2.3 全桥逆变电路的驱动电路34-35
• 3.3 电路参数的选择35-39
• 3.3.1 高频变压器设计35-37
• 3.3.2 功率管的选取37-38
• 3.3.3 推挽变换器的滤波电容和电感的选取38-39
• 3.3.4 全桥逆变器的滤波电容和电感的选取39
• 3.4 系统辅助电源的设计39-41
• 3.5 抗干扰措施41-42
• 3.5.1 软件抗干扰措施42
• 3.5.2 硬件抗干扰措施42
• 3.6 本章小结42-43
• 第4章 太阳能户用电源系统的软件与控制部分43-57
• 4.1 SPWM调制技术43-46
• 4.1.1 规则采样法44-45
• 4.1.2 死区时间的设定45
• 4.1.3 输出频率45
• 4.1.4 交流电压检测45-46
• 4.2 系统的控制系统的设计与仿真46-54
• 4.2.1 SPWM型逆变器的建模46-47
• 4.2.2 输出滤波器的设计47-49
• 4.2.3 控制系统的设计与仿真49-54
• 4.3 SPWM的软件实现54-56
• 4.3.1 程序初始化54
• 4.3.2 控制的数字实现54-55
• 4.3.3 软件流程图55-56
• 4.4 本章小结56-57
• 第5章 太阳能户用电源系统的保护电路及其分析57-61
• 5.1 蓄电池反接保护57
• 5.2 蓄电池过压欠压保护57-58
• 5.3 过载短路保护58-59
• 5.4 系统过热保护59-60
• 5.5 本章小结60-61
• 第6章 总结与展望61-64
• 6.1 输出实验波形61-62
• 6.2 MOSFET驱动波形62
• 6.3 各项性能指标的总结62-63
• 6.4 课题结论63
• 6.5 未来展望63-64
• 参考文献64-65

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