基于ARM的獨立光伏系統(tǒng)的研究與設(shè)計

【摘要】：作為獨立光伏系統(tǒng)輸入源的光伏電池，分析了其工作原理和等效電路，建立了一個滿足一定精度的工程用模型，為應(yīng)用仿真工具對算法進行驗證以及改進奠定基礎(chǔ)。對比研究了幾種蓄電池，選用鉛酸蓄電池作為系統(tǒng)的儲能單元，結(jié)合最大功率點跟蹤技術(shù),采用了三段式的充電方法。第一階段使用最大功率點跟蹤來代替恒流充電，使用仿真軟件驗證了整個充電過程。應(yīng)用搭建的模型進行了在不同外部環(huán)境下光伏電池輸出特性的仿真測試，獲得了滿足實際情況的電壓、電流、功率之間的關(guān)系曲線，有助于最大功率點跟蹤算法的研究。 目前，作為光伏系統(tǒng)的一個組成部分，最大功率點跟蹤技術(shù)的相關(guān)設(shè)計與應(yīng)用得到了廣泛的研究。本文通過對比研究現(xiàn)在比較流行的擾動觀察法和電導(dǎo)增量法，分析了它們各自的跟蹤原理以及區(qū)別，并且應(yīng)用仿真工具進行驗證，指出它們各自存在的不足。在此基礎(chǔ)上提出了改進的模糊控制算法，選取功率的變化以及占空比的變化率作為輸入，占空比作為輸出。在建立模糊規(guī)則庫的設(shè)計過程中加入了權(quán)重因子，使得在接近于最大功率點的時候控制量變化更加平緩，減小在穩(wěn)定點的震蕩。具體分析了進行阻抗變換的Buck電路，給出了理想的電路波形以及各元器件參數(shù)的選取條件。之后將模糊控制法連續(xù)的輸入輸出離散化，使得模糊推理轉(zhuǎn)化成查詢表，可提高微控制器的工作效率。 本文最后給出了系統(tǒng)的一個完整設(shè)計，包括充電器主電路的選擇、DC/DC變換器中器件的選擇、驅(qū)動電路的設(shè)計、采樣電路的設(shè)計等。選用低功耗的ARM架構(gòu)單片機進行蓄電池管理，系統(tǒng)擴展了無線充電模塊，無線通信模塊。在此基礎(chǔ)上搭建了硬件平臺，進行了波形的檢測，驗證了系統(tǒng)的功能原理。 【關(guān)鍵詞】：光伏電池 最大功率點跟蹤 改進模糊控制 蓄電池管理 系統(tǒng)設(shè)計
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM615
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 圖表清單9-11
• 注釋表11-12
• 第一章 緒論12-19
• 1.1 課題研究背景與意義12-13
• 1.1.1 改善環(huán)境與氣候12-13
• 1.1.2 提供農(nóng)村電力13
• 1.1.3 享有政策扶持13
• 1.2 光伏產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀及其發(fā)展13-15
• 1.2.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀14
• 1.2.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀14-15
• 1.3 光伏系統(tǒng)的分類及組成15-16
• 1.3.1 獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)15-16
• 1.3.2 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)16
• 1.3.3 混合光伏發(fā)電系統(tǒng)16
• 1.4 最大功率點跟蹤技術(shù)的發(fā)展16-17
• 1.5 課題的意義與主要工作17-19
• 1.5.1 課題的意義17
• 1.5.2 本文的主要工作17-19
• 第二章 電池特性及建模19-29
• 2.1 光伏電池工作原理與等效電路19-21
• 2.2 光伏電池的建模與仿真21-23
• 2.3 蓄電池充電管理23-29
• 2.3.1 蓄電池種類和性能23-24
• 2.3.2 鉛酸蓄電池充電控制方法24-25
• 2.3.3 蓄電池充電策略設(shè)計25-29
• 第三章 最大功率點跟蹤算法研究29-47
• 3.1 最大功率點跟蹤算法原理29-30
• 3.2 最大功率點算法概述30-34
• 3.2.1 擾動觀察法30
• 3.2.2 增量電導(dǎo)法30-31
• 3.2.3 開路電壓/短路電流法31
• 3.2.4 模糊控制法31
• 3.2.5 神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制法31
• 3.2.6 算法的比較31-34
• 3.3 影響最大功率點跟蹤的因素34-36
• 3.4 實現(xiàn) MPPT 的 DC/DC 變換電路36-39
• 3.4.1 典型的 Buck 電路分析36-38
• 3.4.2 電路參數(shù)的選擇38-39
• 3.5 模糊控制算法的研究39-47
• 3.5.1 控制方法的可行性分析39-40
• 3.5.2 模糊控制器設(shè)計40-43
• 3.5.3 模糊控制法仿真驗證43-44
• 3.5.4 模糊控制法與擾動觀察法的對比44-45
• 3.5.5 模糊控制法查詢表轉(zhuǎn)化45-47
• 第四章 獨立光伏系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)47-65
• 4.1 系統(tǒng)設(shè)計要求47-48
• 4.2 系統(tǒng)總體設(shè)計方案48-49
• 4.3 蓄電池充電器的設(shè)計49-55
• 4.3.1 功率電路設(shè)計49-52
• 4.3.2 充電器驅(qū)動電路設(shè)計52-53
• 4.3.3 蓄電池充電器實驗結(jié)果53-55
• 4.4 無線充電器的設(shè)計55-59
• 4.4.1 電路架構(gòu)及仿真56-57
• 4.4.2 無線充電器硬件電路設(shè)計57-58
• 4.4.3 無線充電器實驗結(jié)果58-59
• 4.5 系統(tǒng)軟件設(shè)計59-65
• 4.5.1 充電模式設(shè)計60-61
• 4.5.2 溫度補償61
• 4.5.3 FLASH 存儲芯片61-62
• 4.5.4 TC35i 短信模塊62-63
• 4.5.5 輔助功能63-65
• 第五章 總結(jié)與展望65-67
• 5.1 工作總結(jié)65
• 5.2 未來工作展望65-67
• 參考文獻67-71
• 致謝71-72
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文72-73
• 附錄73-76

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