光伏充放电控制器及其应用研究

【摘要】：摘要：具有最大功率点跟踪(MPPT)功能的光伏充放电控制器可以有效地减少太阳能应用系统的成本。本文重点就光伏充放电控制器的体系结构、最大功率点跟踪算法等方面展开了深入的研究。 首先研究了太阳能电池和铅酸蓄电池的基本原理及特性。分别建立了太阳能电池和铅酸蓄电池的仿真模型,得到了太阳能电池的输出特性,分析了充电过程中影响铅酸蓄电池寿命的主要因素。为光伏充放电控制器后续的研究与设计奠定了基础。 其次研究了几种常用的蓄电池充电方法,结合蓄电池的输入输出特性和光伏系统的独特性,设计了带有MPPT功能的三阶段充电法。同时深入地研究了最大功率点跟踪技术的原理,结合本文设计的Buck变换电路建立了MPPT仿真模型。结果证明了实现MPPT控制方案的可行性,并分析选择了适合本文的MPPT算法。 再次整个系统采用AVR单片机为控制芯片,对太阳能电池和蓄电池电压不断检测,通过对充电电流或充电电压反馈调节开关管的占空比,分别实现全充、恒充和浮充三阶段充电的功能。完成了光伏充放电控制器的硬件设计,并编写了相应的算法程序。 最后,将光伏充放电控制器应用于太阳能庭院灯系统,安装试验。实验结果表明本文所设计的光伏充放电控制器,可有效地实现充放电控制功能,预期的效果在实际应用中得到了验证。 【关键词】：太阳能 蓄电池 充电方法 控制器
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-16
• 1.1 选题背景和意义11-12
• 1.2 光伏发电现状12-13
• 1.2.1 国外光伏发电发展现状12-13
• 1.2.2 国内光伏发电发展现状13
• 1.3 光伏充放电控制器技术现状13-14
• 1.4 论文的主要研究内容14-16
• 2 独立光伏发电系统基本组成和特性16-31
• 2.1 独立光伏发电系统的基本组成16-17
• 2.2 太阳能电池的特性17-23
• 2.2.1 太阳能电池的工作原理17-18
• 2.2.2 太阳能电池的数学模型18-19
• 2.2.3 太阳能电池的MATLAB/Simulink仿真19-23
• 2.3 铅酸蓄电池的特性23-30
• 2.3.1 铅酸蓄电池原理24-25
• 2.3.2 铅酸蓄电池的充放电特性25-26
• 2.3.3 铅酸蓄电池三阶动态模型26-28
• 2.3.4 铅酸蓄电池三阶模型MATLAB/Simulink仿真28-30
• 2.4 本章小结30-31
• 3 充电技术的研究与方案设计31-45
• 3.1 常用的铅酸蓄电池充电方法31-33
• 3.1.1 恒流充电法31-32
• 3.1.2 恒压充电法32
• 3.1.3 PWM充电法32-33
• 3.1.4 阶段充电法33
• 3.2 一种改进的充电策略33-36
• 3.3 最大功率点跟踪原理36
• 3.4 最大功率点跟踪算法36-41
• 3.4.1 恒定电压法37-38
• 3.4.2 扰动观察法38-39
• 3.4.3 电导增量法39-41
• 3.4.4 本文采用的跟踪算法41
• 3.5 最大功率点跟踪算法仿真41-44
• 3.5.1 扰动观察法算法仿真42-43
• 3.5.2 电导增量法算法仿真43-44
• 3.6 本章小结44-45
• 4 光伏充放电控制器硬件设计45-58
• 4.1 硬件方案总体设计45-46
• 4.2 主控芯片的选择及其外围电路设计46-48
• 4.2.1 主控芯片介绍46-47
• 4.2.2 外围电路设计47-48
• 4.3 信号采集电路的设计48-51
• 4.3.1 电压采集电路48-49
• 4.3.2 电流采集电路49-51
• 4.4 充电电路的设计51-55
• 4.4.1 Buck电路51-53
• 4.4.2 Buck回路各元件参数计算53-54
• 4.4.3 电子开关电路54-55
• 4.5 放电电路及负载保护电路的设计55-57
• 4.5.1 放电控制电路55-56
• 4.5.2 负载保护电路56-57
• 4.6 本章小结57-58
• 5 光伏充放电控制器软件设计58-63
• 5.1 系统软件的总体设计58-59
• 5.2 系统软件的具体设计59-62
• 5.2.1 充电程序的设计59-61
• 5.2.2 放电程序的设计61-62
• 5.3 本章小结62-63
• 6 光伏充放电控制器应用实例63-72
• 6.1 太阳能庭院灯系统基本结构63
• 6.2 组件的选择与匹配63-68
• 6.2.1 太阳能电池板的容量设计63-65
• 6.2.2 蓄电池的容量设计65-66
• 6.2.3 光伏充放电控制器的选择66-67
• 6.2.4 光源的选择67
• 6.2.5 太阳能电池与蓄电池、负载的匹配67-68
• 6.3 实验与运行68-71
• 6.3.1 系统调试组件68-69
• 6.3.2 调试结果与试验波形69-71
• 6.4 本章小结71-72
• 7 总结与展望72-73
• 参考文献73-75
• 作者简历75-77
• 学位论文数据集77

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