基于TMS320F2812 DSP的太阳能独立光伏发电系统设计

【摘要】： 世界能源的短缺以及环境污染已成为当今日益严重的问题,改变能源结构,寻找可再生绿色能源愈来愈受到重视。太阳能具有取之不尽、用之不竭、清洁安全等特点,并且太阳能光伏发电系统的研究对于缓解能源危机、减少环境污染、减小温室效应具有重要的意义。针对目前光伏电池转换效率比较低的问题,为了充分有效利用太阳能,对光伏发电系统进行最大功率跟踪(Maximum Power Point Tracking, MPPT)显得尤为必要。 本文在分析综述了国内外光伏产业发展现状和光伏发电原理的基础上,设计了基于TI公司TMS320F2812 DSP的光伏独立发电系统。本文所做的主要工作如下: (1)综述了国内外光伏产业发展现状及太阳能电池的基本发电原理,结合太阳能电池的输出特性及其影响因素,分析了最大功率跟踪的必要性,提出了可行的最大功率点跟踪控制方法。 (2)在对目前广泛应用的DC-DC变换器拓扑结构的优缺点分析总结的基础上,设计了一种基于Boost控制电路的光伏独立发电系统。 (3)分析了铅酸蓄电池充放电过程中的电化学反应机理,设计了满足系统要求的蓄电池充电主电路。该电路能有效控制蓄电池的充、放电,避免蓄电池在应用中出现的过充、过放现象,最大程度地利用光伏电池所发出的电能。 (4)设计了以数字信号控制器DSP TMS320F2812为核心的光伏独立发电系统,并设计了辅助电源电路、保护电路、人机交互电路等组成部分。 (5)扩展了CAN总线接口,为光伏发电系统组网奠定了技术基础;引入了GSM技术,利用SMS(Short Message Service)技术远距离传输数据,实现了远距离系统工作状态的监控。 【关键词】：光伏电池 最大功率跟踪 DC-DC变换器 铅酸蓄电池 DSP
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 课题研究背景10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.2.1 国外光伏发电系统研究现状10-11
• 1.2.2 国内光伏发电系统研究现状11-13
• 1.3 课题的主要内容及意义13-15
• 1.3.1 课题研究的主要内容13-14
• 1.3.2 课题研究的意义14-15
• 第二章 太阳能独立光伏发电系统的组成与工作原理15-28
• 2.1 太阳能光伏发电系统的类型15-16
• 2.2 太阳能独立光伏发电系统的构成16-17
• 2.2.1 光伏电池阵列16
• 2.2.2 电路控制部分16-17
• 2.2.3 储能装置17
• 2.3 光伏电池阵列17-22
• 2.3.1 光伏电池的分类及发电原理17-19
• 2.3.2 光伏电池的物理模型19
• 2.3.3 光伏电池的输出特性19-22
• 2.4 铅酸蓄电池22-27
• 2.4.1 铅酸蓄电池的分类22
• 2.4.2 铅酸蓄电池的基本特性22-23
• 2.4.3 铅酸蓄电池的充放电原理23-25
• 2.4.4 蓄电池充电电路拓扑结构25-26
• 2.4.5 铅酸蓄电池充电控制方法26-27
• 2.5 小结27-28
• 第三章 最大功率点跟踪及其实现28-42
• 3.1 最大功率点跟踪原理28-29
• 3.2 常用最大功率点跟踪方法比较29-35
• 3.2.1 恒电压控制法29-30
• 3.2.2 扰动观察法30-32
• 3.2.3 电导增量法32-34
• 3.2.4 一种改进的自适应扰动观察法34-35
• 3.3 MPPT 主电路拓扑结构35-40
• 3.3.1 降压变换器(Buck 变换器)电路36
• 3.3.2 升压变换器(Boost 变换器)电路36-39
• 3.3.3 降压-升压(Buck-Boost)变换器电路39-40
• 3.3.4 升压-降压(Cuk)变换器电路40
• 3.4 仿真结果与分析40-41
• 3.5 小结41-42
• 第四章 太阳能独立光伏发电系统设计42-64
• 4.1 控制系统硬件电路42-45
• 4.1.1 控制系统总体框图42-43
• 4.1.2 控制芯片TMS320F2812 DSP 简介43-44
• 4.1.3 DSP 外围电路44-45
• 4.2 系统辅助电源设计45-47
• 4.2.1 辅助电源设计45-46
• 4.2.2 电源监控电路46-47
• 4.3 驱动电路设计47-49
• 4.3.1 MOSFET 驱动电路设计47-48
• 4.3.2 继电器驱动电路设计48-49
• 4.4 信号检测电路设计49-52
• 4.4.1 电流检测电路设计49-50
• 4.4.2 电压检测电路设计50-52
• 4.5 CAN 总线接口电路52-54
• 4.5.1 CAN 总线简介52-53
• 4.5.2 F2812 的CAN 总线控制器53-54
• 4.5.3 CAN 总线收发器54
• 4.6 GSM 无线通信设计54-56
• 4.6.1 GSM 网络54-55
• 4.6.2 SMS 简介55
• 4.6.3 TC35i 接口电路55-56
• 4.7 人机交互电路设计56-57
• 4.7.1 键盘电路设计56-57
• 4.7.2 液晶显示电路设计57
• 4.8 控制系统软件设计57-63
• 4.8.1 软件基本功能概述57-58
• 4.8.2 DSP 软件开发环境58-59
• 4.8.3 主程序设计59-60
• 4.8.4 A/D 采样算法子程序60-61
• 4.8.5 人机交互子程序设计61-62
• 4.8.6 程序抗干扰设计62-63
• 4.9 小结63-64
• 第五章 太阳能独立光伏发电系统实验结果64-68
• 5.1 实验系统构成64
• 5.2 实验平台64-65
• 5.3 实验结果65-67
• 5.4 小结67-68
• 第六章 总结与展望68-70
• 6.1 本文总结68
• 6.2 以后工作的发展与展望68-70
• 参考文献70-73
• 附录：系统原理图73-75
• 致谢75-76
• 攻读学位期间发表的学术论文76

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