独立型太阳能发电系统双向直直变换模块的研究与实现

【摘要】：独立型太阳能发电系统具有重要经济意义和广泛的应用场合,其主要应用于通信中继站、气象台和边防哨所等特殊处所和远离电网、零星分布的农村社区以及太阳能路灯、太阳能汽车等众多太阳能光伏产品。本课题针对独立型太阳能发电系统中实现蓄电池能量管理的双向直直变换模块进行研究。 首先,本文对双向直直变换模块进行整体方案设计。选用双向Boost/Buck电路作为模块主电路的拓扑;确定数模混合控制策略为模块的主控制策略,控制电路由基于MSP430F2274单片机的数字电路和模拟电路等构成;经过理论分析,验证了所设计的整体方案的可行性。其次,对双向直直变换模块进行了具体的硬件设计。模块的硬件电路包括主电路、控制电路、采样电路、调理电路、驱动电路和保护电路。通过理论分析、主功率器件选型和参数计算设计了安全、可靠、高效的双向直直变换模块硬件电路。 再次,进行了基于闭环控制策略的控制方案设计。课题根据模块性能指标要求和已有的硬件电路平台设计了一套功能完备、性能周全的数模混合控制方案。并通过saber软件对充电模式和放电模式进行了仿真,验证控制方案的正确性和可行性。 最后,对双向直直变换模块进行测试。测试结果表明,课题设计、实现的双向直直变换模块在充电模式下最大充电电流为20A、在放电模式下最大功率为5kW。升压模式和降压模式下均能满足性能指标要求,模块具有良好的稳态性能和动态性能。 【关键词】：太阳能发电 蓄电池 双向直直变换器 能量管理 闭环控制策略
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-22
• 1.1 太阳能发电系统的发展现状和关键技术11-18
• 1.1.1 太阳能发电的研究背景与研究意义11-12
• 1.1.2 太阳能发电产业的国内外发展现状12-13
• 1.1.3 独立型太阳能发电系统综述及关键技术13-16
• 1.1.4 蓄电池能量管理技术综述16-18
• 1.2 双向直直变换电路研究意义及研究现状18-20
• 1.2.1 双向直直变换电路综述18-19
• 1.2.2 双向直直变换电路的研究意义19
• 1.2.3 双向直直变换电路的研究现状19-20
• 1.3 本论文主要工作20-22
• 第二章 双向直直变换模块的总体方案设计22-29
• 2.1 双向直直变换模块的性能指标22
• 2.2 双向直直变换模块的总体设计方案22-28
• 2.2.1 双向直直变换拓扑结构选择23-25
• 2.2.2 双向直直变换模块控制策略选择25-27
• 2.2.3 双向直直变换模块数字控制器选型27-28
• 2.3 本章小结28-29
• 第三章 双向直直变换模块的硬件设计29-53
• 3.1 主电路设计29-42
• 3.1.1 主电路拓扑优化29-30
• 3.1.2 交错并联Boost/Buck 电路Boost 模式原理分析30-36
• 3.1.3 交错并联Boost/Buck 电路Buck 模式原理分析36-39
• 3.1.4 主功率器件选型39-40
• 3.1.5 电感电容参数设计40-42
• 3.2 控制电路设计42-47
• 3.2.1 数字控制电路设计42-45
• 3.2.2 模拟控制电路设计45-47
• 3.3 采样电路及调理电路设计47-49
• 3.4 保护电路设计49-50
• 3.5 驱动电路设计50-52
• 3.5.1 非隔离型驱动电路设计51-52
• 3.5.2 隔离型驱动电路设计52
• 3.6 本章小结52-53
• 第四章 双向直直变换模块的控制方案设计53-66
• 4.1 控制方案总体设计53-54
• 4.2 数字控制部分设计54-60
• 4.2.1 数字控制软件总体设计54-55
• 4.2.2 充电模式控制设计55-59
• 4.2.3 放电模式控制设计59-60
• 4.3 模拟控制部分设计60-62
• 4.3.1 恒压限流控制方案设计60-61
• 4.3.2 电压电流双闭环控制方案设计61-62
• 4.4 控制方案的Saber 仿真62-65
• 4.4.1 充电模式的仿真63-64
• 4.4.2 放电模式的仿真64-65
• 4.5 本章小结65-66
• 第五章 样机测试与结果分析66-70
• 5.1 双向直直变换模块的实验波形66-68
• 5.2 实验数据及结果分析68-69
• 5.3 本章小结69-70
• 第六章 总结与展望70-72
• 6.1 课题主要工作总结70
• 6.2 后期工作展望70-72
• 参考文献72-76
• 致谢76-77
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文77

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