基于單片機控制的太陽能逆變電源研究

【摘要】：太陽能作為一種巨量的可再生能源，是目前大量應(yīng)用的化石能源的主要替代能源之一，是人類可利用的最直接的清潔能源之一，因此開發(fā)利用太陽能具有重大的戰(zhàn)略意義。本文設(shè)計并研制了一臺獨立的太陽能光伏逆變電源，結(jié)構(gòu)簡單、低成本、效率高、數(shù)字化控制及顯示，輸出電壓的質(zhì)量高，系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度快。 本系統(tǒng)包括太陽能電池直流充電系統(tǒng)和逆變系統(tǒng)兩大部分。在充電器設(shè)計部分，介紹了太陽能電池輸出特性及蓄電池充電特性，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計了兩階段恒壓充電的充電策略，即實現(xiàn)了太陽能電池的最大功率輸出，又對蓄電池進行了合理地充電。主電路以Boost電路形式實現(xiàn)了蓄電池充電控制的設(shè)計。 在逆變器設(shè)計部分，本文總結(jié)了通常采用的電路拓?fù)洳⒈容^了各自優(yōu)缺點，采用了“全橋逆變+高頻升壓+LC濾波”的設(shè)計策略，實現(xiàn)電路簡單、成本低、易于控制。然后，本文詳細介紹了主電路及其參數(shù)選擇的原理及公式，并確定了實驗用樣機的參數(shù)。 控制電路設(shè)計采用了雙核AVR微處理器ATmega16L控制，構(gòu)成主／從機模式。逆變電路采用單極性SPWM調(diào)制方式，設(shè)計了電壓電流雙閉環(huán)反饋控制穩(wěn)定輸出交流電壓。文中詳細地介紹了電壓電流雙閉環(huán)控制的原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計，并建立了全橋逆變電路的連續(xù)狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型和離散狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型，利用MATLAB／Smulink對控制系統(tǒng)進行了仿真分析。結(jié)合樣機試驗，得到輸出電壓正弦度高、穩(wěn)定性好，負(fù)載突變時系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)速度得到大大提高，符合了設(shè)計目的。 此外對輔助電源、保護電路以及系統(tǒng)抗干擾技術(shù)也做了較詳細的介紹。 【關(guān)鍵詞】：太陽能電池 逆變器 正弦波調(diào)制 反饋控制
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-14
• 1.1 太陽能利用的背景和意義10
• 1.2 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)10-11
• 1.3 太陽能逆變電源的現(xiàn)狀與發(fā)展11-12
• 1.4 電力電子技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展12-13
• 1.5 本課題的任務(wù)13-14
• 第2章 太陽能電池板直流充電系統(tǒng)14-24
• 2.1 太陽能電池及其特性14-16
• 2.2 蓄電池及其充電特性16-18
• 2.3 直流充電器設(shè)計18-24
• 2.3.1 主電路原理18-20
• 2.3.2 蓄電池充電控制策略的分析20-24
• 第3章 逆變系統(tǒng)24-63
• 3.1 太陽能逆變電源的設(shè)計要求24
• 3.2 逆變主電路架構(gòu)及功能24-25
• 3.3 逆變控制方式25-29
• 3.4 高頻變壓器設(shè)計29-35
• 3.4.1 高頻磁性材料29-30
• 3.4.2 高頻變壓器參數(shù)計算30-35
• 3.5 輸出LC濾波器設(shè)計35-36
• 3.6 全橋型逆變主電路元器件參數(shù)的確定36-38
• 3.7 控制電路設(shè)計38-54
• 3.7.1 AVR微控制器介紹38-46
• 3.7.2 雙核微處理器閉環(huán)控制46-48
• 3.7.3 數(shù)字 PID調(diào)節(jié)48-51
• 3.7.4 電壓電流雙閉環(huán)控制的原理和結(jié)構(gòu)51-54
• 3.8 逆變系統(tǒng)的仿真研究54-61
• 3.9 實驗波形61-63
• 第4章 輔助電源、保護電路及系統(tǒng)抗干擾設(shè)計63-71
• 4.1 輔助電源設(shè)計63-66
• 4.2 保護電路設(shè)計66-69
• 4.2.1 蓄電池的過充電、過放電保護66-68
• 4.2.2 過流保護68-69
• 4.3 系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)69-71
• 結(jié)論71-72
• 參考文獻72-74
• 附錄A 電路原理圖74-75
• 附錄B 程序清單75-84
• 攻讀學(xué)位期間公開發(fā)表論文84-85
• 致謝85-86
• 研究生履歷86

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