基于ARM的獨立式光伏控制器設計與實現(xiàn)

【摘要】：太陽能是理想的可再生能源。太陽能光伏發(fā)電技術(shù)是人們對太陽能利用研究的一個熱點,被認為是未來最具發(fā)展?jié)摿Φ囊环N發(fā)電技術(shù)。光伏控制器是光伏發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分,其技術(shù)發(fā)展不斷加快,目前比較流行的為MPPT控制器。結(jié)合控制器發(fā)展現(xiàn)狀及ARM微控制器的性能優(yōu)勢,本文設計實現(xiàn)了一種基于ARM9的MPPT光伏控制器。 首先,本文對光伏陣列的輸出特性進行研究,利用實用的數(shù)學模型在MATLAB中搭建模型仿真。結(jié)合仿真結(jié)果,分析了光照強度和溫度對光伏陣列輸出特性的影響,為以后的MPPT研究打下基礎。 其次,對MPPT的實現(xiàn)原理進行研究,對不同的MPPT算法進行優(yōu)缺點比較,提出了一種改進電導增量法來實現(xiàn)最大功率跟蹤。并對擾動觀察法和改進電導增量法在MATLAB中建模仿真,通過對仿真結(jié)果地比較分析得出兩種方法都可完成最大功率跟蹤,但是經(jīng)過優(yōu)化改進的電導增量法效果更好。 再次,對最大功率跟蹤系統(tǒng)中常用的DC/DC變換電路的拓撲結(jié)構(gòu)進行總結(jié),選取BUCK電路作為本文設計控制器的主電路,并對主電路的參數(shù)進行詳細的設計。完成了基于ARM9S3C2440的核心板及控制器相應底板的硬件電路設計。 最后,使用CADENCE Allegro軟件對控制器的核心板和底板進行PCB制作,對核心板重要元件的高速信號進行完整性仿真。在實習單位的實驗室中,對控制器的主要硬件模塊進行調(diào)試。調(diào)試結(jié)果顯示,光伏控制器的各個設計模塊工作正常,功能實現(xiàn)良好。 【關(guān)鍵詞】：MPPT控制器 建模 ARM PCB仿真 硬件調(diào)試
【學位授予單位】：南京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM615
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 緒論8-12
• 1.1 研究背景及意義8-9
• 1.2 國內(nèi)外光伏控制器研究現(xiàn)狀9-10
• 1.2.1 國外光伏控制器研究現(xiàn)狀9-10
• 1.2.2 我國光伏控制器現(xiàn)狀10
• 1.3 本文工作10-12
• 2 光伏陣列建模仿真及控制器整體方案設計12-22
• 2.1 光伏電池的工作原理12
• 2.2 光電池的等效電路12-14
• 2.2.1 光電池基本特性12-13
• 2.2.2 建立等效電路13-14
• 2.3 基于matlab/simulink的光伏組件模型搭建及仿真14-20
• 2.4 光伏控制器整體方案設計20-21
• 2.4.1 總體方案設計20
• 2.4.2 硬件選型20-21
• 2.5 本章小結(jié)21-22
• 3 最大功率點跟蹤算法分析及建模仿真22-38
• 3.1 光伏電池最大功率跟蹤原理22-23
• 3.2 幾種MPPT算法分析23-28
• 3.3 獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)常用DC/DC變換器及其特點28-30
• 3.3.1 BUCK電路28-29
• 3.3.2 BOOST電路29-30
• 3.4 光伏陣列最大功率跟蹤控制算法建模30-33
• 3.4.1 基于MATLAB/simulink的DC/DC電路模型搭建30-31
• 3.4.2 MPPT算法建模31-33
• 3.4.3 PWM模塊33
• 3.4.4 MPPT算法仿真系統(tǒng)總體模型搭建33
• 3.5 MPPT算法仿真結(jié)果及分析33-37
• 3.5.1 擾動觀察法仿真結(jié)果34-35
• 3.5.2 改進電導增量法仿真結(jié)果35-36
• 3.5.3 仿真結(jié)果比較及分析36-37
• 3.6 本章小結(jié)37-38
• 4 控制器硬件電路設計及軟件設計38-60
• 4.1 S3C2440芯片介紹38-39
• 4.1.1 芯片整體結(jié)構(gòu)及組成介紹38
• 4.1.2 芯片在控制器中重點應用功能介紹38-39
• 4.2 基于S3C2440的核心板硬件電路設計39-47
• 4.2.1 S3C2440核心板組成39-40
• 4.2.2 S3C2440芯片外圍電路設計40-42
• 4.2.3 電源電路設計42-43
• 4.2.4 晶振電路43-44
• 4.2.5 存儲器(SDRAM和FLASH)44-45
• 4.2.6 JTAG接口電路45-46
• 4.2.7 串行接口電路設計46-47
• 4.2.8 復位電路47
• 4.3 控制器底板設計47-57
• 4.3.1 主電路參數(shù)設計47-51
• 4.3.2 太陽能板輸出采樣電路51-53
• 4.3.3 蓄電池電流和電壓采樣電路53-54
• 4.3.4 太陽能板和蓄電池反接保護電路54
• 4.3.5 驅(qū)動電路設計54-55
• 4.3.6 電源電路55-57
• 4.3.7 底板引腳配置簡述57
• 4.4 控制器軟件設計57-58
• 4.5 本章小結(jié)58-60
• 5 控制器PCB制作、仿真及調(diào)試60-80
• 5.1 Allegro軟件簡介60
• 5.2 PCB板設計60-71
• 5.2.1 PCB板設計流程綜述60-62
• 5.2.2 核心板的PCB設計及仿真62-70
• 5.2.3 底板的PCB設計70-71
• 5.3 PCB板焊接及相應模塊調(diào)試71-77
• 5.3.1 PCB板級調(diào)試步驟簡述71-72
• 5.3.2 電源模塊調(diào)試72-74
• 5.3.3 電流采樣模塊(LTC6102)調(diào)試74-76
• 5.3.4 MOSFET管驅(qū)動模塊調(diào)試76
• 5.3.5 主電路反接保護模塊調(diào)試76-77
• 5.3.6 調(diào)試總結(jié)77
• 5.4 實物展示77-78
• 5.5 本章小結(jié)78-80
• 6 總結(jié)與展望80-82
• 6.1 本文總結(jié)80
• 6.2 展望80-82
• 致謝82-84
• 參考文獻84-88
• 附錄88

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