基于智能充电芯片的光伏发电系统研究

【摘要】： 随着全球能源危机的加剧和环境污染的日益严重,人们迫切需要寻找一种新型能源解决出现的能源问题和环境问题。太阳能在某种意义上说是无限能源,并且具有易取得、无污染等特点,越来越受到人们重视。独立式光伏发电系统是太阳能的利用的有效途径,也是当今的研究热点。 本文讨论的是独立式光伏发电系统的设计,目的是为了更好利用太阳能电池转化的电能,高效地为蓄电池充电。首先,介绍了光伏发电系统的研究背景、太阳能电池的原理和特性、传统的独立式光伏发电系统的基础上,提出了本文设计的独立式光伏发电系统的总设计框图。其次,分析了常用的直流变换电路和最大功率跟踪技术,结合实际所设计系统的各项参数,提出了基于Buck拓扑,运用扰动观测法的最大功率跟踪技术。并提出了最大功率跟踪技术与智能充电芯片UC3906结合的铅酸蓄电池充电方法。再次,设计了系统整体硬件结构,主控芯片选择dsPIC30F2010型号的DSP,并对相应的外围电路进行设计。最后,用PSIM仿真软件建立了太阳能电板与最大功率跟踪的仿真模型,并利用DLL模块进行仿真,仿真结果证明了设计的可行性。 【关键词】：太阳能电池 扰动观测法 Buck拓扑 UC3906 PSIM
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 独立式光伏发电系统的研究背景9-12
• 1.1.1 全球能源危机和环境污染问题9-10
• 1.1.2 光伏发电系统的分类10-11
• 1.1.3 国内外光伏发电系统的发展概况11-12
• 1.2 本文研究的主要内容12-14
• 2 太阳能电池的发电原理和特性14-22
• 2.1 太阳能电池的工作原理概述14-17
• 2.1.1 太阳能电池的工作原理14-15
• 2.1.2 太阳能电池的分类15
• 2.1.3 太阳能电池的等效数学模型15-17
• 2.2 太阳能电池的特性曲线及其影响因素17-19
• 2.3 太阳能电池特性的测量19-22
• 2.3.1 太阳能电池特性测量原理19-20
• 2.3.2 大连地区太阳能电池特性的测量20-22
• 3 独立式太阳能发电系统的控制策略及相关技术22-42
• 3.1 系统的总设计框图22
• 3.2 最大功率点跟踪技术22-28
• 3.2.1 最大功率跟踪的概念22-24
• 3.2.2 常用的最大功率跟踪技术及其分类24-25
• 3.2.3 常用的直流变换电路25-28
• 3.2.4 本设计中最大功率控制的实现28
• 3.3 蓄电池充电技术28-42
• 3.3.1 蓄电池的种类与特点28-31
• 3.3.2 铅酸蓄电池相关基本概念31-36
• 3.3.3 蓄电池的常用充电方法36-38
• 3.3.4 充电不当对蓄电池的影响38-39
• 3.3.5 本设计采用的光伏系统蓄电池充电技术39-42
• 4 独立式光伏系统的软件设计42-47
• 4.1 系统总体软件结构42-43
• 4.2 蓄电池充电控制流程图43-45
• 4.2.1 智能充电芯片UC3906充电流程图43
• 4.2.2 最大功率跟踪控制流程图43-45
• 4.3 PI调节控制流程图45-46
• 4.4 A/D转换控制流程图46-47
• 5 独立式光伏系统的硬件设计47-60
• 5.1 独立式光伏充电系统硬件结构47-48
• 5.1.1 传统光伏充电系统的结构47
• 5.1.2 本设计中光伏充电系统的结构47-48
• 5.2 直流变换器的设计48-54
• 5.2.1 Buck电路的工作原理48-50
• 5.2.2 滤波电感的设计50-52
• 5.2.3 滤波电容的设计52
• 5.2.4 续流二极管的设计52
• 5.2.5 功率开关管的设计52-53
• 5.2.6 驱动电路的设计53-54
• 5.3 主控制芯片dsPIC30F2010介绍与设计54-55
• 5.4 系统外围电路的设计55-57
• 5.4.1 电压检测电路的设计55-56
• 5.4.2 电流检测电路的设计56
• 5.4.3 A/D转换器输入电路56-57
• 5.5 UC3906智能充电芯片的设计57-60
• 6 独立式光伏系统的建模与仿真60-67
• 6.1 PSIM的仿真环境的介绍60-61
• 6.1.1 PSIM仿真软件的运行阶段60
• 6.1.2 PSIM仿真软件的电路结构60-61
• 6.2 太阳能电池的仿真建模61-63
• 6.2.1 太阳能电池外特性的数学模型61-62
• 6.2.2 太阳能电池外特性的仿真模型62-63
• 6.3 直流变换的仿真建模63
• 6.4 最大功率跟踪的仿真建模63-64
• 6.5 仿真结果及其分析64-67
• 结论67-68
• 参考文献68-70
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况70-71
• 致谢71-73

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