基于ARM的独立式光伏控制器设计与实现

【摘要】：太阳能是理想的可再生能源。太阳能光伏发电技术是人们对太阳能利用研究的一个热点,被认为是未来最具发展潜力的一种发电技术。光伏控制器是光伏发电系统的重要组成部分,其技术发展不断加快,目前比较流行的为MPPT控制器。结合控制器发展现状及ARM微控制器的性能优势,本文设计实现了一种基于ARM9的MPPT光伏控制器。 首先,本文对光伏阵列的输出特性进行研究,利用实用的数学模型在MATLAB中搭建模型仿真。结合仿真结果,分析了光照强度和温度对光伏阵列输出特性的影响,为以后的MPPT研究打下基础。 其次,对MPPT的实现原理进行研究,对不同的MPPT算法进行优缺点比较,提出了一种改进电导增量法来实现最大功率跟踪。并对扰动观察法和改进电导增量法在MATLAB中建模仿真,通过对仿真结果地比较分析得出两种方法都可完成最大功率跟踪,但是经过优化改进的电导增量法效果更好。 再次,对最大功率跟踪系统中常用的DC/DC变换电路的拓扑结构进行总结,选取BUCK电路作为本文设计控制器的主电路,并对主电路的参数进行详细的设计。完成了基于ARM9S3C2440的核心板及控制器相应底板的硬件电路设计。 最后,使用CADENCE Allegro软件对控制器的核心板和底板进行PCB制作,对核心板重要元件的高速信号进行完整性仿真。在实习单位的实验室中,对控制器的主要硬件模块进行调试。调试结果显示,光伏控制器的各个设计模块工作正常,功能实现良好。 【关键词】：MPPT控制器 建模 ARM PCB仿真 硬件调试
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-12
• 1.1 研究背景及意义8-9
• 1.2 国内外光伏控制器研究现状9-10
• 1.2.1 国外光伏控制器研究现状9-10
• 1.2.2 我国光伏控制器现状10
• 1.3 本文工作10-12
• 2 光伏阵列建模仿真及控制器整体方案设计12-22
• 2.1 光伏电池的工作原理12
• 2.2 光电池的等效电路12-14
• 2.2.1 光电池基本特性12-13
• 2.2.2 建立等效电路13-14
• 2.3 基于matlab/simulink的光伏组件模型搭建及仿真14-20
• 2.4 光伏控制器整体方案设计20-21
• 2.4.1 总体方案设计20
• 2.4.2 硬件选型20-21
• 2.5 本章小结21-22
• 3 最大功率点跟踪算法分析及建模仿真22-38
• 3.1 光伏电池最大功率跟踪原理22-23
• 3.2 几种MPPT算法分析23-28
• 3.3 独立光伏发电系统常用DC/DC变换器及其特点28-30
• 3.3.1 BUCK电路28-29
• 3.3.2 BOOST电路29-30
• 3.4 光伏阵列最大功率跟踪控制算法建模30-33
• 3.4.1 基于MATLAB/simulink的DC/DC电路模型搭建30-31
• 3.4.2 MPPT算法建模31-33
• 3.4.3 PWM模块33
• 3.4.4 MPPT算法仿真系统总体模型搭建33
• 3.5 MPPT算法仿真结果及分析33-37
• 3.5.1 扰动观察法仿真结果34-35
• 3.5.2 改进电导增量法仿真结果35-36
• 3.5.3 仿真结果比较及分析36-37
• 3.6 本章小结37-38
• 4 控制器硬件电路设计及软件设计38-60
• 4.1 S3C2440芯片介绍38-39
• 4.1.1 芯片整体结构及组成介绍38
• 4.1.2 芯片在控制器中重点应用功能介绍38-39
• 4.2 基于S3C2440的核心板硬件电路设计39-47
• 4.2.1 S3C2440核心板组成39-40
• 4.2.2 S3C2440芯片外围电路设计40-42
• 4.2.3 电源电路设计42-43
• 4.2.4 晶振电路43-44
• 4.2.5 存储器(SDRAM和FLASH)44-45
• 4.2.6 JTAG接口电路45-46
• 4.2.7 串行接口电路设计46-47
• 4.2.8 复位电路47
• 4.3 控制器底板设计47-57
• 4.3.1 主电路参数设计47-51
• 4.3.2 太阳能板输出采样电路51-53
• 4.3.3 蓄电池电流和电压采样电路53-54
• 4.3.4 太阳能板和蓄电池反接保护电路54
• 4.3.5 驱动电路设计54-55
• 4.3.6 电源电路55-57
• 4.3.7 底板引脚配置简述57
• 4.4 控制器软件设计57-58
• 4.5 本章小结58-60
• 5 控制器PCB制作、仿真及调试60-80
• 5.1 Allegro软件简介60
• 5.2 PCB板设计60-71
• 5.2.1 PCB板设计流程综述60-62
• 5.2.2 核心板的PCB设计及仿真62-70
• 5.2.3 底板的PCB设计70-71
• 5.3 PCB板焊接及相应模块调试71-77
• 5.3.1 PCB板级调试步骤简述71-72
• 5.3.2 电源模块调试72-74
• 5.3.3 电流采样模块(LTC6102)调试74-76
• 5.3.4 MOSFET管驱动模块调试76
• 5.3.5 主电路反接保护模块调试76-77
• 5.3.6 调试总结77
• 5.4 实物展示77-78
• 5.5 本章小结78-80
• 6 总结与展望80-82
• 6.1 本文总结80
• 6.2 展望80-82
• 致谢82-84
• 参考文献84-88
• 附录88

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