独立光伏路灯系统MPPT控制器设计

【摘要】： 在能源日渐枯竭与环境污染日益严重的今天,光伏利用成为世界各国竞相发展的领域。因而光伏并网发电与独立光伏系统得到迅速地发展,特别是能为偏远用户提供电力的独立光伏系统成为国家投资的重点。 本论文以独立光伏路灯系统为研究对象,为降低系统成本,提高系统的性价比,从光伏阵列的特性和应用最为广泛的阀控铅酸蓄电池(VRLA)的物理、化学特性,以及光伏最大跟踪原理等方面进行深入探讨和研究。主要研究如下: 1.综述了国内外独立光伏系统发展现状。 2.分析了光伏阵列工作原理,影响光伏阵列的外界因素;以及蓄电池充、放电过程中电化学反应机理,制定了合理的蓄电池充电策略。 3.设计出用于光伏阵列MPPT的DC-DC电路,对光伏系统中的充电控制技术(包括阵列的最大功率点跟踪技术)进行了研讨。 4.分析了传统的扰动观察法和增量电导法的优缺点,在此基础上提出了一种改进的变步长寻优算法,实验结果表明这种算法能够快速准确地跟踪最大功率点。 5.设计出基于一片LPC2194为核心集光伏阵列MPPT控制、蓄电池容量预测及充、放电控制于一体的独立光伏路灯系统控制器。 6.给出了基于嵌入式实时操作系统μC/OS-II的程序设计。 实验证明:本文提出的独立光伏路灯系统MPPT控制器的研究思路、硬件分析设计以及软件设计是切实可行的。 【关键词】：独立光伏系统 铅酸蓄电池 最大功率跟踪算法 ARM μC/OS-II
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TP273.5
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-15
• 1.1 世界范围内的能源问题及太阳能利用10-11
• 1.2 光伏发电系统与独立光伏路灯发展与应用11-13
• 1.3 本课题的研究意义和研究内容13-15
• 2 光伏系统的最大功率跟踪原理及铅酸蓄电池特性15-27
• 2.1 光伏电池特性15-16
• 2.1.1 光伏电池阵列原理15
• 2.1.2 光伏阵列单元等效电路15-16
• 2.2 外界环境对光伏阵列的影响16-18
• 2.2.1 光伏阵列的几个重要参数16
• 2.2.2 光照和温度对光伏电池阵列的影响16-18
• 2.3 最大功率跟踪的基本原理18-19
• 2.4 铅酸蓄电池的基本原理19-21
• 2.4.1 VRLA 蓄电池的基本化学特性19-20
• 2.4.2 VRLA 蓄电池内部再结合理论20-21
• 2.5 铅酸蓄电池的充、放电特性21-25
• 2.5.1 VRLA 蓄电池的容量和寿命21
• 2.5.2 充电时端电压的变化21-23
• 2.5.3 过充电程度的影响23-25
• 2.6 影响蓄电池特性的因素25-26
• 2.6.1 放电深度(DOD)对寿命的影响25
• 2.6.2 充、放电电流对蓄电池的影响25-26
• 2.7 光伏路灯系统蓄电池充电策略26-27
• 3 系统总体设计方案27-35
• 3.1 系统总体分析27-28
• 3.1.1 系统设计基本原则27
• 3.1.2 系统目标27
• 3.1.3 系统整体结构模型27-28
• 3.2 嵌入式系统设计方案28-32
• 3.2.1 基于32 位ARM 处理器的系统硬件设计方案28-31
• 3.2.2 基于实时嵌入式操作系统的软件设计31-32
• 3.3 系统的调试方案32-34
• 3.4 基于嵌入式操作系统开发技术的优势34-35
• 4 系统硬件设计35-46
• 4.1 BUCK电路原理35
• 4.2 BOOST电路原理35-36
• 4.3 BUCK电路与BOOST电路的分析比较36-37
• 4.4 BOOST电路用于最大功率跟踪的分析37-39
• 4.4.1 电流连续工作状态37
• 4.4.2 电流断续工作状态37-38
• 4.4.3 电参数的选择38-39
• 4.5 系统硬件电路39-46
• 4.5.1 CPU 电源电路39-40
• 4.5.2 复位电路40
• 4.5.3 系统时钟电路40
• 4.5.4 充电电路40-41
• 4.5.5 电源供电电路41
• 4.5.6 检测电路41-42
• 4.5.7 负载控制电路42-43
• 4.5.8 功率开关驱动电路43
• 4.5.9 按键、LED 显示电路43-44
• 4.5.10 状态指示电路44
• 4.5.11 CPU 引脚电路44-45
• 4.5.12 JTAG 调试接口电路45-46
• 5 系统软件设计46-63
• 5.1 光伏系统最大功率跟踪算法研究46-51
• 5.1.1 非自寻优的最大功率跟踪算法46-47
• 5.1.2 自寻优的最大功率跟踪算法47-48
• 5.1.3 两种自寻优算法的对比和实际应用中遇到的困难48-49
• 5.1.4 变步长寻优法49-51
• 5.2 基于ARM7TDMI 的嵌入式操作系统μC/OS-II 的移植51-63
• 5.2.1 嵌入式工业控制器实时操作系统的选择51-52
• 5.2.2 μC/OS-II 的特点52
• 5.2.3 微处理器必须满的条件52-53
• 5.2.4 内核结构与系统调用原理53-56
• 5.2.5 μC/OS-II 移植实现56-60
• 5.2.6 启动代码的编写60-61
• 5.2.7 任务级设置61-63
• 6 总结与展望63-64
• 6.1 总结63
• 6.2 展望63-64
• 参考文献64-66
• 硕士期间发表论文66-67
• 致谢67

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