基于双向DC/DC变换器的离网光伏系统研究

【摘要】：伴随着全球经济的迅猛发展，人类面临着严峻的能源危机，环境破坏等问题。化石能源的开采即将枯竭，人类必须寻找清洁可靠的替代能源，太阳能拥有众多无可比拟的优势，成为人类未来最可靠的替代能源。 本文主要研究离网型太阳能照明系统，利用太阳能对地下车库进行照明，采用LED灯作为照明光源，本文对系统中存在的几个关键问题进行了研究，包括：太阳能电池板的最大功率跟踪，光伏系统中蓄电池的充电方法，系统的能量管理策略以及地下车库的智能调光方法等。 利用模糊控制方法实现了最大功率跟踪，并进行了MATLAB仿真，仿真结果显示模糊控制方法与单纯的扰动观察法相比具有跟踪速度更快，稳态功率波动更小的优势。还将有电压调节器时的最大功率跟踪方法与直接扰动占空比的最大功率跟踪方法进行了对比，证明有电压调节器时MPPT效果要优于没有电压调节器时。 提出了一种适合在光伏系统中应用的蓄电池充电方法，能够在最大功率跟踪和蓄电池正确充放电之间找到平衡。建立了Buck/Boost双向DC/DC的小信号模型，并在此基础上进行了校正。分析了系统在不同情形下的工作状态，制定了一个合理的能量管理策略，并利用MATLAB建立了系统的能量管理仿真模型，仿真验证了在各种工作状态下系统都能够正常工作。为了节约电能，本文还设计了一个既省电又人性化的地下车库自动调光系统，该系统利用MSP430单片机作为控制器，并利用485总线进行了组网，不仅可以大大减少电能的利用，还能够帮助车主迅速找到空余的停车位。 【关键词】：离网光伏系统 最大功率跟踪 能量管理策略 蓄电池充电 LED调光
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615;TM46
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-14
• 1.1 课题来源背景及意义8-9
• 1.2 国内外对相关问题的研究现状9-13
• 1.2.1 最大功率跟踪的研究现状10-11
• 1.2.2 双向 DC/DC 变换器的研究现状11
• 1.2.3 铅酸蓄电池的充电方法11-12
• 1.2.4 LED 的调光技术12-13
• 1.3 论文所做的主要工作13-14
• 第2章 最大功率跟踪研究与仿真14-30
• 2.1 引言14
• 2.2 太阳能电池的特性14-15
• 2.3 最大功率跟踪的基本原理15-16
• 2.4 模糊控制法实现 MPPT16-17
• 2.5 最大功率跟踪的仿真17-28
• 2.5.1 输入受控的 Buck 变换器的小信号模型18-21
• 2.5.2 输入受控的 Buck 变换器的校正21-22
• 2.5.3 最大功率跟踪的 MATLAB 仿真22-28
• 2.6 本章小结28-30
• 第3章 系统的能量管理策略30-45
• 3.1 引言30-31
• 3.2 Buck/Boost 型双向 DC/DC 的控制31-37
• 3.2.1 Buck/Boost 型双向 DC/DC 的建模31-34
• 3.2.2 Buck/Boost 型双向 DC/DC 的校正34-37
• 3.3 铅酸蓄电池充电37-40
• 3.3.1 铅酸蓄电池的电特性37-38
• 3.3.2 本系统的充电方式38-40
• 3.4 系统的能量管理策略及仿真验证40-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第4章 地下车库的照明方案设计45-50
• 4.1 引言45
• 4.2 LED 的 PWM 数字调光方法45-46
• 4.3 地下车库的自动调光系统设计46-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第5章 系统设计和实验分析50-58
• 5.1 Buck/Boost 型双向 DC/DC 的参数计算50-51
• 5.2 驱动电路设计51-52
• 5.3 采样电路设计52-53
• 5.4 LED 恒流驱动电源设计53-55
• 5.5 实验结果与分析55-57
• 5.6 本章小结57-58
• 结论58-59
• 参考文献59-65
• 致谢65

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