户用太阳能逆变电源的研制

【摘要】：能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础，然而人类将面临矿物燃料枯竭的严重威胁。太阳能作为一种取之不尽的可再生能源，成为解决当前人类能源危机的一种有效途径，故对太阳能这种可再生能源的开发利用便具有了重大的战略发展意义。目前对太阳能的开发利用已经有很多方法，其中光伏发电是最有前景的一种，它可以将光能直接转化成电能供负载使用，大大的节约了能源，同时避免了对环境的污染。并且我国太阳能资源非常丰富，尤其是西部地区，为我国光伏产业的发展提供了良好的资源基础平台。 由于目前大规模光伏并网发电还有种种制约因素而无法普及，使得户用独立式小型光伏逆变电源的研制有了实际意义和市场价值。本文在这个背景下设计了一个独立光伏逆变电源系统，包括光伏电池组，蓄电池，充电电路，高频升压电路和逆变电路以及控制核心几大部分。充电电路的主要功能是在软件的共同控制下实现对蓄电池的三阶段式充电过程，同时对蓄电池进行保护，延长蓄电池的使用寿命，也就延长了光伏逆变系统的使用寿命。为了更好的利用光伏电池，本文在充电电路中加了一个Boost升压电路来进行MPPT跟踪，并采用扰动观察法进行控制。逆变部分采用了前端高频升压和全桥逆变的方案，前端高频升压电路由推挽式电路和高频变压器组成，优化了工频变压器体积大效率低的缺陷。全桥逆变电路所需要的SPWM控制信号由STC12C5410AD单片机软件编程生成，这种数字化的控制方法简化了硬件电路的结构，避免了模拟电路对波形的干扰。实时测量系统中直流电压、电流和交流电压、电流值，通过单片机AD转换回馈给控制核心，完成对各部分电路的闭环控制。 在KEIL平台上调试程序，用数字示波器测量软件生成的SPWM波形，本文设计的光伏逆变基本上可以实现上文所描述的功能，为今后的研究工作奠定了基础。 【关键词】：光伏发电 逆变电源 充电保护 高频升压
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 1 绪论10-17
• 1.1 全球能源危机与可持续能源的开发10-11
• 1.2 光伏发电11-15
• 1.2.1 光伏发电技术原理11-13
• 1.2.2 光伏发电产业的现状和前景13-15
• 1.3 课题内容15-17
• 2 户用独立光伏系统总体设计17-28
• 2.1 光伏电池原理及输出特性17-19
• 2.2 蓄电池特性及选择19-20
• 2.3 充电电路总述20-21
• 2.4 逆变电路方案选择21-23
• 2.5 控制电路总述23-27
• 2.5.1 STC12C5410AD片内资源23-25
• 2.5.2 时钟电路和复位电路25
• 2.5.3 AD转换电路25-27
• 2.5.4 串口通信电路27
• 2.6 辅助电源27
• 2.7 本章小结27-28
• 3 充电电路设计28-38
• 3.1 最大功率点跟踪（MPPT）原理28-30
• 3.2 硬件设计30-35
• 3.2.1 常用的DC/DC变换电路30-32
• 3.2.2 充电电路原理图分析32-33
• 3.2.3 电压电流检测电路33-35
• 3.3 软件设计35-37
• 3.3.1 阶段式充电软件设计35-36
• 3.3.2 MPPT控制策略36-37
• 3.4 本章小结37-38
• 4 直流升压电路设计38-43
• 4.1 常用的隔离式 DC/DC 电路38-39
• 4.2 推挽式电路设计39-41
• 4.2.1 变压器设计39-40
• 4.2.2 LC滤波电路设计40-41
• 4.3 控制电路41-42
• 4.4 本章小结42-43
• 5 逆变电路设计43-51
• 5.1 SPWM 波形产生方法43-46
• 5.1.1 SPWM调制技术43-45
• 5.1.2 SPWM实现方法45-46
• 5.2 硬件设计46-49
• 5.2.1 逆变主电路原理图46
• 5.2.2 驱动电路46-47
• 5.2.3 隔离电路47
• 5.2.4 死区补偿47-48
• 5.2.5 保护电路48-49
• 5.3 软件设计49-50
• 5.4 本章小结50-51
• 6 数据测量与波形调试51-53
• 6.1 光伏电池测量数据51-52
• 6.2 输出 SPWM 波形调试52-53
• 7 总结53-56
• 7.1 全文总结53-54
• 7.2 展望54-56
• 致谢56-57
• 参考文献57-60
• 附录60-62
• 攻读学位期间发表的学术论文62
• 攻读学位期间专利申报62-63

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