小型户用独立光伏发电系统研究

【摘要】：太阳能作为最具潜力的可再生能源，其开发和利用一直受到世界各国的广泛关注。目前太阳能有多种利用方式，主要分为独立发电和并网发电两大类。本文以独立光伏发电系统为研究对象，针对一些关键技术进行了研究，提出了一种基于DSP控制的独立光伏发电系统的实现方案。 论文概述了光伏发电的研究背景，分析了当前国内外光伏发电产业的发展现状与形势，并对独立光伏发电系统中两大核心器件即太阳能充电器和正弦波逆变器的研究现状进行了总结，提出了本课题的主要研究内容。 论文介绍了光伏发电系统的主要分类及其工作原理，分析了蓄电池常用的充电控制方法、太阳能电池的特性及其最大功率点跟踪的原理和常用方法，重点研究了充电控制方法中的三阶段充电法和MPPT中的扰动观察法。 论文设计了太阳充电系统和正弦波逆变系统的软硬件系统，提出了同步Buck电路的概念，对太阳能充电系统中所用到的同步Buck电路、推挽升压电路和正弦波全桥逆变电路进行了重点分析，并对关键元件的参数进行设计和选择。设计并分析了基于DSP的硬件控制系统，包括驱动电路、AD采样电路、各种保护电路等；软件设计采用模块化设计，论文给出了系统软件主程序和子程序流程图。 基于上述设计理念，搭建基于DSP2808的独立光伏发电系统测试实验平台，并完成了最大功率点跟踪，正弦波逆变器的推挽升压和全桥逆变，独立发电系统效率等相关实验的测试，取得了预期的实验效果。试验表明，论文所提出的基于DSP的独立光伏发电系统的设计方案是切实可行的。 【关键词】：独立光伏发电 太阳能充电器 正弦波逆变器 同步Buck 充电控制 MPPT
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 本课题的研究背景11-12
• 1.2 国内外太阳能发电的研究现状12-14
• 1.2.1 国外太阳能发电的现状12-13
• 1.2.2 国内太阳能发电的现状13-14
• 1.3 独立光伏发电系统的研究现状14-17
• 1.3.1 太阳能充电器的研究现状14-16
• 1.3.2 正弦波逆变器的研究现状16-17
• 1.4 本论文主要研究内容17-19
• 第二章 光伏发电系统的组成和基本原理19-31
• 2.1 光伏发电系统的原理及分类19-22
• 2.1.1 独立光伏发电系统20-21
• 2.1.2 并网光伏发电系统21-22
• 2.2 蓄电池充电控制22-27
• 2.2.1 常用蓄电池充电控制方法22-25
• 2.2.2 本研究系统所用的蓄电池充电控制方法25-27
• 2.3 光伏电池的最大功率点跟踪技术27-30
• 2.3.1 最大功率点跟踪原理27-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 独立光伏发电系统充电器设计31-46
• 3.1 充电系统 DC-DC 变换器设计31-36
• 3.1.1 Buck 电路原理32-34
• 3.1.2 同步 Buck 和常规 Buck 对比分析及关键参数设计34
• 3.1.3 功率开关管的选择34-35
• 3.1.4 电感设计35-36
• 3.2 控制系统硬件电路设计36-40
• 3.2.1 系统主控芯片简介36
• 3.2.2 驱动电路设计36-38
• 3.2.3 采样电路设计38-39
• 3.2.4 系统辅助电源设计39-40
• 3.3 控制系统软件设计40-45
• 3.3.1 软件开发环境概述40-41
• 3.3.2 主程序编程思路41-42
• 3.3.3 最大功率跟踪子程序设计42-43
• 3.3.4 蓄电池充电控制子程序设计43-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第四章 正弦波逆变器设计46-67
• 4.1 硬件电路设计46-63
• 4.1.1 推挽升压电路工作原理46-49
• 4.1.2 前级开关管的选取49-50
• 4.1.3 推挽驱动电路设计50-52
• 4.1.4 高频变压器设计52-54
• 4.1.5 直流母线缓冲电容设计54-55
• 4.1.6 全桥逆变电路工作原理55-58
• 4.1.7 输出滤波器设计58-59
• 4.1.8 后级驱动电路设计59-60
• 4.1.9 直流母线电压的检测60-61
• 4.1.10 输入电压的检测及过压欠压保护61-62
• 4.1.11 输出电流、电压检测及保护电路62-63
• 4.2 逆变器软件设计63-66
• 4.2.1 主程序软件设计64-65
• 4.2.2 中断子程序软件设计65-66
• 4.3 本章小结66-67
• 第五章 性能测试和实验结果分析67-76
• 5.1 实验系统67-68
• 5.2 太阳能充电器性能测试试验68-70
• 5.2.1 MPPT 跟踪效果测试68-69
• 5.2.2 充电器效率测试69-70
• 5.2.3 主开关管和续流开关管驱动波形70
• 5.3 逆变器调试试验70-72
• 5.3.1 前级推挽升压驱动测试70-71
• 5.3.2 后级全桥逆变 SPWM 驱动测试71-72
• 5.3.3 直流母线电压波形72
• 5.3.4 输出电压波形72
• 5.4 系统整体性能测试72-75
• 5.5 本章小结75-76
• 结论76-78
• 1 工作总结76
• 2 本文创新点76-77
• 3 进一步研究工作的展望77-78
• 参考文献78-83
• 致谢83-84
• 附件84

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