太阳能光伏路灯系统中MPPT控制器的研究与设计

【摘要】： 随着经济的发展，人口的增长和科学技术的进步，人类对化石能源的消耗量不断增大，能源危机和环境问题日益突出，可再生能源的利用也因此引起了人们的广泛关注。在这个背景下，太阳能应用，尤其是太阳能光伏应用系统在新能源革命中逐渐成为热门话题。 本文以一种太阳能光伏路灯系统的实现为研究对象，文章通过对其中的太阳能光伏电池板的工作机理和电气特性的分析，基于能量的最优化利用，提出了对太阳能光伏电池板最大功率跟踪的控制方式，并对此控制方式进行了集成电路控制器的系统级和电路级的实现。 通过比较两类主要的最大功率点跟踪方法，文中提出了一种改进型的最大功率点跟踪策略，并完成了基于这种新的控制策略的最大功率跟踪控制器的系统级设计。在系统级设计完成之后，本文还在1.5μmBCD工艺下实现了芯片内部的功能模块设计，并着重对其信号控制通路上的包括模拟乘法器、微分器等在内的特色模块给出了具体的电路原理分析、电路图和仿真结果，实现了系统的主要功能。 【关键词】：太阳能光伏系统 光伏电池板 最大功率点跟踪 扰动观察法 固定电压法 模拟和混合集成电路设计
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-6
• 目录6-9
• 第一章 绪论9-15
• 1. 引言9
• 2. 太阳能能源利用的背景9-10
• 2.1 世界能源危机和中国能源现状9-10
• 2.2 太阳能能源利用的必要性和可行性10
• 3. 太阳能光伏发电的历史和发展现状10-12
• 3.1 太阳能能源利用方式11
• 3.2 太阳能光伏发电的发展现状和前景展望11-12
• 4. 太阳能光伏发电的应用和研究趋势12-14
• 4.1 太阳能光伏系统的组成和应用12-13
• 4.2 太阳能光伏发电的研究趋势13-14
• 5. 研究内容和目标14-15
• 第二章 太阳能光伏照明系统与建模15-34
• 1. 引言15
• 2. 太阳能电池特性及建模15-22
• 2.1 光伏电池的工作原理和输出特性16-17
• 2.2 太阳能光伏电池的等效电路模型17-18
• 2.3 太阳能光伏电池的建模与仿真18-20
• 2.3.1 单片太阳能光伏电池单元的建模与仿真18-19
• 2.3.2 太阳能光伏电池阵列的建模19-20
• 2.4 太阳能光伏电池板的仿真结果20-22
• 3. 充电储能部分的设计和建模22-32
• 3.1 蓄电池23-25
• 3.2 充电电路的选择和设计25-32
• 3.2.1 蓄电池充电电路的拓扑结构25-26
• 3.2.2 四种蓄电池充电电路拓扑的比较和选择26-28
• 3.2.3 充电主拓扑电路的设计28-30
• 3.2.4 蓄电池的充电策略的选择30-32
• 4. 智能控制器的功能及控制策略32-34
• 第三章 MPPT控制器的系统级设计34-58
• 1. 引言34
• 2. 几种MPPT控制方法的分析34-39
• 2.1 扰动观察法34-36
• 2.2 增加跨导法36-38
• 2.3 固定电压法38
• 2.4 固定电流法38-39
• 3. 几种MPPT控制方法的比较39-42
• 4. MPPT控制的系统级建模和仿真42-53
• 4.1 扰动观察法的系统建模和仿真42-47
• 4.1.1 扰动观察法系统实现框架的确定42-44
• 4.1.2 扰动观察法系统框架的建模和仿真44-47
• 4.2 固定电压法的系统建模和仿真47-53
• 4.2.1 固定电压法的系统实现47-50
• 4.2.2 固定电压法系统框架的建模和仿真50-53
• 4.3 两种MPPT控制方法仿真结果的比较53
• 5. 改进型MPPT控制方法的系统级设计53-58
• 第四章 MPPT控制器的电路级设计58-74
• 1. 引言58
• 2. 电路模块设计目标和性能指标58-61
• 3. 若干主要模块的电路设计和仿真61-73
• 3.1 乘法器62-66
• 3.1.1 电路结构和实现原理62-64
• 3.1.2 电路仿真和仿真结果64-66
• 3.2 电流检测模块66-68
• 3.2.1 电路结构和实现原理66-67
• 3.2.2 电路仿真和仿真结果67-68
• 3.3 微分器和比较器68-71
• 3.3.1 电路结构和实现原理68-70
• 3.3.2 电路仿真和仿真结果70-71
• 3.4 自举驱动模块71-73
• 3.4.1 电路结构和实现原理71
• 3.4.2 电路仿真和仿真结果71-73
• 4. 小结73-74
• 第五章 结论和展望74-76
• 1. 工作总结和结论74
• 2. 下一步工作和前景展望74-76
• 参考文献76-79
• 攻读学位期间发表的学术论文79-80
• 致谢80

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