基于单片机的IGBT光伏充电控制器的研究

【摘要】： 目前,能源已成为世界经济发展的关键问题,太阳能以其独特的特点——可再生和无污染,倍受人们关注。太阳能的光伏利用在近期发展迅速,但系统效率低、成本高,仍然是制约光伏发电普及的一个主要因素。因此国内外众多学者均致力于有关提高光伏系统效率的研究,其中关于光伏系统最大功率点跟踪以及蓄电池管理的研究是两个重要内容。 本文针对太阳电池的工作特性,通过对现有最大功率跟踪控制方法进行分析比较,提出了一种新型自适应真正最大功率点跟踪(TMPPT)控制算法——断续扰动观察法,将寻优分为三个阶段:在第一个阶段初步找出接近最大功率点的一个工作点,第二阶段在第一阶段的基础上向最大功率点进一步靠近,第三阶段为系统找到一个理想接近最大功率点的工作点,理论上实现了光伏系统寻优过程快速跟踪性和高精度的要求。当系统找到工作点之后将停止扰动,继续对系统进行监测,提高了系统的稳定性和适应性。 光伏系统中对蓄电池的管理也是一个关键部分,本文结合蓄电池的充、放电特性以及光伏系统的独特性,制定了蓄电池的管理方案,采取了欠压保护、过压保护以及过压保护点的温度补偿。其中欠压保护采取滞环的方式,解决了蓄电池在欠压保护点断续供电的问题。 本文控制算法采用单片机C8051F040来完成,并设计生产了实验设备。通过实验证明本系统具有快速跟踪的能力,并且具有良好的稳定性。 【关键词】：光伏系统 真正最大功率点跟踪(TMPPT) 自适应 断续扰动观察法 蓄电池
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TM910.6;TP368.12
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 1 绪论7-12
• 1.1 开发新能源的迫切需要7
• 1.2 太阳能的主要利用形式和光伏发电的优点7-8
• 1.3 光伏发电的现状及发展前景8-9
• 1.4 光伏发电系统的简单介绍9-10
• 1.5 本课题研究目的及所做的工作10-12
• 2 MPPT 控制技术的研究及实现方案12-34
• 2.1 硅太阳电池的工作原理和特性12-19
• 2.1.1 硅太阳电池的结构及基本工作原理12-14
• 2.1.2 太阳电池的特性曲线14-16
• 2.1.3 光伏阵列的构成16
• 2.1.4 光伏阵列的特性16-19
• 2.2 太阳电池的最大功率点跟踪（MPPT）19-27
• 2.2.1 CVT 型光伏阵列最大功率点跟踪控制的研究19-21
• 2.2.2 TMPPT 型光伏阵列最大功率点跟踪控制的实现策略21-27
• 2.3 本系统采用的新型MPPT 控制策略27-34
• 2.3.1 自适应控制技术介绍27
• 2.3.2 基于自适应控制思想的MPPT 方式27-34
• 3 光伏充电控制系统的总体设计34-38
• 3.1 系统的基本结构34-35
• 3.2 系统的主电路拓扑结构分析与选择35-38
• 3.2.1 DC/DC 变换的基本拓扑结构35-37
• 3.2.2 本系统所采用的主电路拓扑结构37-38
• 4 光伏充电控制系统硬件电路的设计与实现38-58
• 4.1 C8051F040 单片机功能介绍38-39
• 4.2 功率元件IGBT 的特性39-42
• 4.2.1 IGBT 简介39-40
• 4.2.2 IGBT 的驱动参数要求40-42
• 4.3 驱动器的选型42-48
• 4.3.1 IGBT 驱动电路形式及特点42-44
• 4.3.2 IGBT 驱动器的选择44-48
• 4.4 采样电路48-50
• 4.5 驱动电路的设计50-51
• 4.6 辅助电源51-53
• 4.7 通讯及上位53-54
• 4.8 试验设备及试验54-58
• 5 蓄电池的管理58-66
• 5.1 蓄电池的选取58
• 5.2 免维护铅酸蓄电池(VRLA)特性58-64
• 5.2.1 基本化学特性58-59
• 5.2.2 VRLA 蓄电池内部再结合理论59-60
• 5.2.3 蓄电池的端电压60-64
• 5.3 蓄电池的管理64-66
• 6 全文总结和今后展望66-69
• 6.1 全文工作总结66
• 6.2 今后工作展望66-69
• 致谢69-71
• 参考文献71-75
• 在校期间发表论文75

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