太陽能混合直流電源中MPPT和PFC技術(shù)的研究

【摘要】：隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,有限的煤、石油、天然氣等化石能源已經(jīng)無法滿足人類的發(fā)展需要,為了避免出現(xiàn)能源危機(jī),必須大力開發(fā)可再生的新能源。太陽能是一種清潔、高效且用之不竭的太陽光輻射能量,但光伏電池的輸出受外界環(huán)境和負(fù)載的影響較大,為了充分利用太陽能,提高光伏電池的利用效率,需要在太陽能供電系統(tǒng)中加入輔助電源并且對光伏電池進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤。 本文綜合了光伏發(fā)電技術(shù)、最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)和功率因數(shù)校正技術(shù),研制出一套節(jié)能高效的太陽能混合直流電源裝置,它由太陽能光伏、蓄電池、AC/DC電源三者集成,實(shí)現(xiàn)了電能來源的多樣化,可自動(dòng)無擾切換。同時(shí)它還具備MPPT、PFC和實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能。針對此太陽能混合直流電源的設(shè)計(jì),本文所做的工作如下： (1)詳細(xì)闡述了太陽能發(fā)電技術(shù)和MPPT的基本原理,分析和比較了恒定電壓法、擾動(dòng)觀察法和電導(dǎo)增量法三種MPPT算法,總結(jié)各算法的優(yōu)缺點(diǎn),提出了適合本課題的跟蹤算法—-恒定電壓啟動(dòng)結(jié)合擾動(dòng)觀察算法。對常用的DC/DC變換器進(jìn)行分析,然后根據(jù)本系統(tǒng)的實(shí)際要求選擇合適的變換電路和主控制芯片,完成硬件電路參數(shù)設(shè)計(jì),選擇合適的電子元器件,制作電路板,搭建一個(gè)120W的光伏發(fā)電系統(tǒng)。 (2)分析了功率因數(shù)校正的基本原理,對PFC的主電路拓?fù)浜涂刂品椒ㄟM(jìn)行了詳細(xì)分析和比較,最終確定了適合本系統(tǒng)的功率因數(shù)校正方案；基于平均電流控制的Boost型APFC。利用UCC28019控制芯片設(shè)計(jì)了一個(gè)基于平均電流模式控制的APFC實(shí)驗(yàn)裝置,其輸出功率為1kW,給出了PFC電路的詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟和具體參數(shù)的計(jì)算過程。 (3)研究了如何快速無擾切換三種電源,保證混合電源能24小時(shí)不間斷的給負(fù)載提供穩(wěn)定可靠的電能,并提出了實(shí)現(xiàn)控制的切換算法,對太陽能混合直流電源系統(tǒng)中的智能自動(dòng)無擾切換控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)。 (4)對太陽能混合直流電源中MPPT模塊和PFC模塊單獨(dú)進(jìn)行測試,并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,然后對混合直流電源進(jìn)行集成聯(lián)調(diào)。 【關(guān)鍵詞】：太陽能光伏 最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT) 功率因數(shù)校正(PFC)
【學(xué)位授予單位】：湖南師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM615
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 課題研究背景和意義11-13
• 1.2 相關(guān)技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.1 最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)13-14
• 1.2.2 功率因數(shù)校正技術(shù)14-15
• 1.3 課題的提出及主要研究內(nèi)容15
• 1.4 論文的組織與安排15-17
• 第2章 混合直流電源的總體方案設(shè)計(jì)17-31
• 2.1 電源總體方案設(shè)計(jì)17-19
• 2.1.1 電源需求分析17-18
• 2.1.2 電源設(shè)計(jì)原則18
• 2.1.3 電源總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)18-19
• 2.2 MPPT技術(shù)19-25
• 2.2.1 MPPT原理20-21
• 2.2.2 MPPT算法分析21-23
• 2.2.3 本文MPPT算法設(shè)計(jì)23-25
• 2.3 PFC技術(shù)25-30
• 2.3.1 PFC的實(shí)現(xiàn)方法25
• 2.3.2 APFC電路結(jié)構(gòu)25-27
• 2.3.3 APFC控制方法27-30
• 2.4 本章小結(jié)30-31
• 第3章 MPPT模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)31-41
• 3.1 光伏陣列31
• 3.2 單片機(jī)控制電路31-34
• 3.2.1 控制芯片介紹32-33
• 3.2.2 電源電路設(shè)計(jì)33
• 3.2.3 復(fù)位電路、LCD顯示器電路設(shè)計(jì)33-34
• 3.3 DC/DC變換器電路分析和設(shè)計(jì)34-37
• 3.3.1 DC/DC變換器常用電路分析34-35
• 3.3.2 DC/DC變換電路的選用和參數(shù)設(shè)計(jì)35-37
• 3.4 DC/DC變換器電路圖設(shè)計(jì)37-40
• 3.4.1 采樣電路設(shè)計(jì)38-39
• 3.4.2 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)39-40
• 3.5 本章小結(jié)40-41
• 第4章 PFC模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)41-52
• 4.1 PFC電路的主要技術(shù)指標(biāo)41
• 4.2 功率因數(shù)校正專用芯片UCC2801941-44
• 4.2.1 UCC28019簡介41-42
• 4.2.2 UCC28019的保護(hù)功能42-44
• 4.3 BOOST功率電路的設(shè)計(jì)44-46
• 4.3.1 升壓電感的設(shè)計(jì)44
• 4.3.2 輸入電容設(shè)計(jì)44-45
• 4.3.3 輸出電容設(shè)計(jì)45
• 4.3.4 整流橋、開關(guān)管和二極管的設(shè)計(jì)45-46
• 4.4 控制電路的設(shè)計(jì)46-51
• 4.4.1 電流檢測電路46-47
• 4.4.2 峰值電流限制47
• 4.4.3 電壓檢測電路47-49
• 4.4.4 反饋補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)49-51
• 4.5 本章小結(jié)51-52
• 第5章 智能無擾切換控制器模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)52-63
• 5.1 控制器的總體結(jié)構(gòu)52-53
• 5.2 控制器的硬件電路設(shè)計(jì)53-58
• 5.2.1 主控制芯片53
• 5.2.2 電子開關(guān)及其驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)53-55
• 5.2.3 輔助電源電路設(shè)計(jì)55-56
• 5.2.4 電壓、電流采樣電路設(shè)計(jì)56-57
• 5.2.5 溫度采集電路設(shè)計(jì)57-58
• 5.3 智能無擾切換控制算法設(shè)計(jì)58-60
• 5.4 可擴(kuò)展輸出模塊的設(shè)計(jì)60-62
• 5.4.1 可擴(kuò)展輸出模塊整體結(jié)構(gòu)60-61
• 5.4.2 可擴(kuò)展輸出模塊硬件設(shè)計(jì)61-62
• 5.5 本章小結(jié)62-63
• 第6章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析63-69
• 6.1 最大功率跟蹤實(shí)驗(yàn)63-66
• 6.1.1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置63
• 6.1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析63-66
• 6.2 功率因數(shù)校正實(shí)驗(yàn)66-68
• 6.2.1 Simulink仿真模型建立66-67
• 6.2.2 仿真結(jié)果及分析67-68
• 6.3 本章小結(jié)68-69
• 第7章 總結(jié)與展望69-71
• 7.1 工作總結(jié)69-70
• 7.2 研究展望70-71
• 參考文獻(xiàn)71-77
• 附錄177-78
• 附錄278-79
• 致謝79-80

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