基于ARM的光伏发电系统研究

【摘要】： 在世界各国竞相发展绿色可再生能源的今天，太阳能凭其独特的优点受到了一致青睐。在太阳能的各种应用中，光伏应用备受关注。随着光伏组件价格的不断降低和光伏技术的发展，太阳能光伏发电系统将逐渐由现在的补充能源向替代能源过渡。独立发电(Stand-alone)系统和并网发电(Grid-connected)系统将成为光伏应用的主流。 本文根据光伏阵列特性及其最大功率点跟踪(MPPT)的研究，并提出了改进的扰动观察法与MPPT的实现，并在Matlab／Simulink环境下建立仿真模型，进行仿真和实验分析。由于光伏发电系统中蓄电池的特殊性，在系统中引入动态功率跟踪匹配法——用于阵列MPPT的DC／DC和蓄电池分组充、放电电路，最大效率地利用光伏阵列的电能。在控制器设计方面，本文采用了嵌入式微处理器LPC2210为控制核心，实现了MPPT控制、蓄电池容量预测及充、放电控制的独立光伏系统能量管理系统。采用恒压限流法由LPC2210与TL494相结合来实现蓄电池充电控制，由LPC2210实现放电控制，并给出了相应程序流程图。根据光伏发电系统单相SPWM逆变器的控制原理，设计了逆变器的输出滤波器，并在Matlab／Simulink环境下建立仿真模型，进行仿真和实验分析。 【关键词】：光伏阵列 MPPT 蓄电池充放电 LPC2210 SPWM
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 光伏发电概述10-13
• 1.1.1 光伏发展背景和研究目的10-11
• 1.1.2 光伏发电的现状及其发展前景11-12
• 1.1.3 光伏发电系统的结构及工作原理12-13
• 1.3 嵌入式系统介绍13-15
• 1.3.1 嵌入式的发展阶段13-14
• 1.3.2 ARM简介14-15
• 1.4 本课题的任务、目的、意义15-17
• 第2章 独立光伏系统的基本特性17-25
• 2.1 光伏阵列特性17-20
• 2.1.1 光伏阵列的I-V方程17-18
• 2.1.2 光伏阵列I-V特性曲线18-20
• 2.2 光伏阵列最大功率点跟踪20-24
• 2.2.1 CVT型光伏阵列最大功率点跟踪20-21
• 2.2.2 现代最大功率点跟踪控制方法21-24
• 2.3 本章小结24-25
• 第3章 光伏阵列MPPT电路的仿真25-34
• 3.1 光伏电池特性25
• 3.2 光伏阵列仿真模型25-27
• 3.2.1 光伏阵列数学模型26-27
• 3.3 光伏阵列Matlab仿真模型27-28
• 3.4 光伏阵列MPPT电路中的仿真28-33
• 3.4.1 光伏阵列MPPT电路实现策略28-30
• 3.4.2 光伏阵列MPPT电路模型仿真与结果分析30-33
• 3.5 本章小结33-34
• 第4章 光伏发电系统中的蓄电池34-47
• 4.1 蓄电池基本概念与特性34-38
• 4.1.1 蓄电池的主要特性参数34-36
• 4.1.2 蓄电池的充放电特性36-38
• 4.2 蓄电池的充电控制系统研究38-44
• 4.2.1 系统拓扑结构38-43
• 4.2.2 过充电压的温度补偿43
• 4.2.3 恒压限流控制43-44
• 4.3 放电管理44-46
• 4.3.1 蓄电池的分组放电控制44-45
• 4.3.2 放电电压的控制45
• 4.3.3 放电电流的控制45
• 4.3.4 放电深度的控制45-46
• 4.4 本章小结46-47
• 第5章 蓄电池管理系统的实现47-66
• 5.1 LPC2210及外围电路47-52
• 5.1.1 LPC2210概述47-49
• 5.1.2 电源电路设计49-50
• 5.1.3 复位电路50-51
• 5.1.4 系统时钟51-52
• 5.1.5 JTAG接口电路52
• 5.2 蓄电池充电控制器的测量电路52-55
• 5.2.1 测量电路53-55
• 5.3 充放电管理的实现55-58
• 5.3.1 充、放电主电路55-56
• 5.3.2 充、放电控制电路56-58
• 5.4 光伏阵列MPPT电路58-59
• 5.5 驱动电路设计59-61
• 5.6 蓄电池管理系统的软件实现61-65
• 5.6.1 主程序61-62
• 5.6.2 最大功率点跟踪程序设计62-64
• 5.6.3 充电控制程序设计64
• 5.6.4 放电管理程序64-65
• 5.7 本章小结65-66
• 第6章 光伏发电系统的逆变器66-80
• 6.1 光伏发电系统中逆变器66-67
• 6.2 PWM波形工作原理和逆变电路设计67-73
• 6.2.1 PWM波形的基本原理67-69
• 6.2.2 光伏发电系统逆变电路69-70
• 6.2.3 PWM型逆变电路的控制方式70-72
• 6.2.4 SPWM波形的生成方法72-73
• 6.2.5 SPWM逆变器驱动电路73
• 6.3 单相SPWM逆变电路的输出滤波器设计73-75
• 6.3.1 理想状态下PWM逆变电路谐波分析73
• 6.3.2 滤波器的功能和类型73-74
• 6.3.3 滤波器的设计74-75
• 6.4 单相逆变器的仿真75-79
• 6.4.1 单相逆变器仿真模型的建立75-77
• 6.4.2 仿真结果分析77-79
• 6.5 本章小结79-80
• 结论80-81
• 参考文献81-84
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果84-85
• 致谢85

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