光伏充放电控制器的研究

【摘要】：光伏充放电控制器广泛应用于太阳能路灯、户用光伏发电系统、离网光伏电站等光伏系统中,是光伏系统的重要组成部分。 本文针对一种用于户用光伏发电系统中的光伏充放电控制器展开研究,阐述了光伏充放电控制器的硬件结构、控制原理并完成了电路设计,研究内容如下： 1.对光伏电池板的电气特性和蓄电池的充、放电原理展开分析。通过对几种常见的VRLA蓄电池的充电方式进行研究,确定了一种基于PWM(脉宽调制)的充电方式。 2.本文对光伏充放电控制器的硬件结构进行研究,确定了一种基于Atmega48的光伏充放电控制器的方案,设计了降压型DC-DC变换电路、蓄电池电压采集电路、MOS管驱动电路、负载过流短路检测电路等主要的功能电路。 3.对闭环Buck变换电路进行了Saber仿真,仿真结果证实了设计的闭环Buck变换电路能够实现对输出电压的恒压跟踪控制,验证了充电控制采用恒压跟踪控制的可行性。 4.在分析了蓄电池的充电原理和充电方法的基础上,设计了充放电控制算法,对充电程序、放电程序、蓄电池电压采集及显示程序进行了流程设计并进行了编程实现。 5.本文将设计的充放电控制算法应用于所设计的光伏充放电控制器中,连接光伏充放电控制器进行了实物实验,对实验波形进行了采集和分析。实验结果表明：所设计的光伏充放电控制器能实现恒压跟踪控制,提高光伏电池的输出效率；能够实现PWM的充电方式,延长蓄电池的使用寿命。 【关键词】：光伏 PWM 蓄电池 DC-DC
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM571;TM615;TM912
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-10
• 1 引言10-17
• 1.1 光伏发电的背景和意义10-11
• 1.1.1 能源短缺现状10
• 1.1.2 光伏发电的重大意义10-11
• 1.2 光伏发电技术的发展11-13
• 1.3 光伏发电系统的分类13-14
• 1.4 独立式光伏发电系统的应用领域14-15
• 1.5 光伏充放电控制器的国内外发展现状15-16
• 1.6 课题的研究内容16-17
• 2 独立式光伏发电系统的分析17-29
• 2.1 独立运行光伏发电系统的组成及特性17-18
• 2.2 太阳能光伏阵列的特征18-23
• 2.2.1 光伏电池的工作原理18-20
• 2.2.2 光伏电池的等效电路和电气特性20-23
• 2.3 VRLA蓄电池的特性23-27
• 2.3.1 VRLA蓄电池电化学特性24-25
• 2.3.2 VRLA蓄电池的充、放电特性25-26
• 2.3.3 VRLA蓄电池充电方式26-27
• 2.4 本章小结27-29
• 3 光伏充、放电控制器的硬件设计29-54
• 3.1 控制器的整体设计及预期技术指标29-30
• 3.2 主控芯片的选择及外围电路设计30-32
• 3.2.1 主控芯片介绍30-31
• 3.2.2 外围电路设计31-32
• 3.3 辅助电源的选择32-33
• 3.4 充电电路的设计33-36
• 3.4.1 充电主电路拓扑结构33
• 3.4.2 蓄电池电压采集电路33-34
• 3.4.3 光伏阵列电压采集电路34-35
• 3.4.4 蓄电池温度采集电路35
• 3.4.5 驱动电路设计35-36
• 3.5 放电电路设计36-42
• 3.5.1 放电主电路设计37
• 3.5.2 放电控制电路设计37-38
• 3.5.3 负载过流、短路检测电路38-42
• 3.6 保护电路设计42
• 3.7 DC-DC变换器的典型结构42-47
• 3.7.1 降压变换电路(Buck变换器)42-45
• 3.7.2 升压变换电路(Boost变换器)45-46
• 3.7.3 升降压变换电路(Buck-Boost变换器)46-47
• 3.8 降压型DC-DC变换器的设计与仿真47-52
• 3.8.1 恒压跟踪法的理论依据48-49
• 3.8.2 功率变换电路的设计49-50
• 3.8.3 充电电路中DC-DC变换器的Saber仿真50-52
• 3.9 本章小结52-54
• 4 控制器充放电控制算法实现54-60
• 4.1 软件开发环境的简介54
• 4.2 系统软件流程图54-59
• 4.2.1 充电子程序55-57
• 4.2.2 放电子程序57-58
• 4.2.3 蓄电池电压采集及显示子程序58-59
• 4.3 本章小结59-60
• 5 实验结果60-63
• 5.1 室内实验60
• 5.2 控制器的充电测试波形及分析60-63
• 6 结束语63-64
• 参考文献64-66
• 作者简历66-68
• 学位论文数据集68

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