智能獨立光伏充電控制系統(tǒng)的研究

【摘要】：本文是以獨立光伏充電控制系統(tǒng)作為研究對象,從系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)、參數(shù)的選擇、最大功率跟蹤(MPPT)、控制策略以及蓄電池的保護等方面做了詳細的分析和研究。 本論文分析論述了光伏電池及蓄電池的工作原理,仿真分析了光伏電池的輸出特性；研究了蓄電池的充電特性和常用的充電方法。本論文所采用的獨立光伏充電方法,其充電過程分為最大功率充電、恒壓充電和浮充三階段充電控制策略,該方法綜合了恒流充電法快速、安全的優(yōu)點和恒壓充電法能夠控制過充電以及在浮充狀態(tài)保持蓄電池電量的優(yōu)點。 在上述分析的基礎上,確定采用Buck拓撲結(jié)構(gòu)作為智能獨立光伏充電控制系統(tǒng)的主電路結(jié)構(gòu),該電路結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠,可以滿足獨立光伏充電和最大功率跟蹤的技術要求。本系統(tǒng)采用C8051F040單片機為控制中心,對光伏電池和蓄電池的端電壓不斷檢測,通過對充電電壓或充電電流反饋調(diào)節(jié)開關管的占空比,實現(xiàn)最大功率跟蹤充電、恒壓充電和浮充電的功能。完成了基于C8051F040獨立光伏充電控制器的硬件設計,并編寫了相應的控制程序和算法。 根據(jù)前面的理論研究,本文研制了智能獨立光伏充電控制器的實驗樣機,并且進行了實驗研究,最大功率充電時能快速跟蹤外界條件的變化,提高了光伏電能的利用率,恒充和浮充電壓精度高,可以延長蓄電池的使用壽命,獲得了良好的實驗結(jié)果。 【關鍵詞】：智能充電 蓄電池 最大功率跟蹤 buck
【學位授予單位】：西安工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TM615
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1 緒論9-15
• 1.1 課題研究的背景9-10
• 1.1.1 能源及環(huán)境污染問題9
• 1.1.2 光伏發(fā)電的特點和優(yōu)勢9-10
• 1.2 光伏發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀及前景10-12
• 1.2.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀11
• 1.2.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.3 充電控制器的研究現(xiàn)狀12
• 1.4 光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類與應用12-14
• 1.5 課題主要研究內(nèi)容14
• 1.6 本章小結(jié)14-15
• 2 獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)特性研究15-31
• 2.1 獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)組成15
• 2.2 光伏電池15-18
• 2.2.1 光伏電池工作原理15-16
• 2.2.2 光伏電池的理論數(shù)學模型16-17
• 2.2.3 光伏電池的工程數(shù)學模型17-18
• 2.3 光伏電池陣列的MATLAB仿真18-27
• 2.3.1 光伏電池陣列的Simulink模型18-21
• 2.3.2 光伏陣列的M函數(shù)模型21-27
• 2.4 鉛酸蓄電池27-30
• 2.4.1 鉛酸蓄電池工作原理27
• 2.4.2 鉛酸蓄電池的基本概念27-28
• 2.4.3 蓄電池充電過程中的極化過程28-30
• 2.5 本章小結(jié)30-31
• 3 智能充電技術的研究與設計31-46
• 3.1 蓄電池充電技術31-33
• 3.1.1 蓄電池的充電理論基礎31-32
• 3.1.2 恒流充電法32
• 3.1.3 恒壓充電法32-33
• 3.1.4 兩階段充電法33
• 3.2 獨立光伏系統(tǒng)中蓄電池充電技術33-34
• 3.3 最大功率點跟蹤原理34-35
• 3.4 最大功率點跟蹤算法35-39
• 3.4.1 恒電壓跟蹤控制法35-36
• 3.4.2 擾動觀察法36-37
• 3.4.3 電導增量法37-39
• 3.4.4 其它跟蹤方法39
• 3.5 最大功率點跟蹤算法仿真分析39-45
• 3.5.1 擾動觀察法仿真實驗40-42
• 3.5.2 電導增量法仿真實驗42-45
• 3.5.3 兩種MPPT算法仿真結(jié)果的分析與比較45
• 3.6 本章小結(jié)45-46
• 4 智能光伏充電系統(tǒng)的硬件設計46-64
• 4.1 系統(tǒng)硬件方案總體設計46-47
• 4.2 C8051F040單片機及外圍電路47-51
• 4.2.1 單片機特性介紹47-48
• 4.2.2 單片機電源電路48-49
• 4.2.3 系統(tǒng)時鐘電路49
• 4.2.4 系統(tǒng)復位電路49
• 4.2.5 JTAG調(diào)試接口電路49-50
• 4.2.6 電源狀態(tài)指示電路50
• 4.2.7 鍵盤控制電路50-51
• 4.2.8 LCD顯示部分設計51
• 4.3 數(shù)據(jù)采集電路設計51-54
• 4.3.1 電壓采集電路52-53
• 4.3.2 電流采集電路53-54
• 4.4 串口通信模塊的設計54-55
• 4.5 充電控制電路設計55-60
• 4.5.1 Buck電路工作原理55-57
• 4.5.2 電感的選擇與計算57
• 4.5.3 電容的選擇與計算57-58
• 4.5.4 功率開關管及續(xù)流二極管的選擇58-59
• 4.5.5 MOSFET驅(qū)動電路設計59-60
• 4.6 Buck基本電路的仿真與分析60-62
• 4.6.1 Buck電路的仿真60-61
• 4.6.2 Buck電路的波形分析61-62
• 4.7 負載保護電路設計62-63
• 4.8 本章小結(jié)63-64
• 5 智能光伏充電系統(tǒng)的軟件設計64-72
• 5.1 軟件開發(fā)環(huán)境簡介64
• 5.2 系統(tǒng)軟件方案設計64-65
• 5.3 系統(tǒng)主程序設計65-66
• 5.4 系統(tǒng)充電控制程序設計66-67
• 5.5 三階段充電子流程67-69
• 5.6 放電控制程序設計69-70
• 5.7 濾波程序設計70-71
• 5.8 本章小結(jié)71-72
• 6 結(jié)論72-77
• 6.1 實驗結(jié)果與分析72-74
• 6.2 課題總結(jié)74-75
• 6.3 工作展望75-77
• 參考文獻77-80
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文80-81
• 致謝81-84
• 附錄A：智能獨立光伏充電控制器原理圖84-85
• 附錄B：PCB圖(Top Layer)85

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