基于FPGA的独立光伏发电系统控制策略的研究

【摘要】：能源面临危机,但经济依然要发展,对新能源的研究成了热门话题。太阳能发电因其储量丰富、洁净能源等特点得到广泛关注。但在太阳能发电研究的初期还面临着诸多的问题,如光伏电池成本高,发电效率低等,这些问题严重制约着太阳能发电的发展。提高太阳能发电的效率、降低成本是目前情况下解决这些问题的主要途径。 本系统为独立光伏发电系统,其中每一部分的控制可以相对独立,因此采用FPFA作为控制器,将每一部分作为一个模块并行控制,提高系统的速度。在PVsyst软件中对系统整体进行分析；在Pspice中进行外围硬件电路仿真；在quaitus ii中编写Verilog HDL语言进行硬件控制系统程序设计和波形仿真,并在DE2开发板上运用SignalTap_II逻辑分析仪进行在线验证。 本文研究的主要内容包括：(1)通过需求分析选择了独立光伏发电系统的运行方式。(2)为提高光伏电池的转换效率设计了太阳光跟踪系统。通过仿真分析选择单轴跟踪系统,验证了光伏电池作为光照强度传感器的可行性。采用步进电机作为执行部件,只需检测光照强度一个信号就能实现光线跟踪控制。(3)通过检测光伏电池输出功率,采用以开关管占空比为调节量的基于模糊控制的扰动观察法,在BOOST电路上实现最大功率跟踪,提高光伏组件的输出功率。(4)以稳定直流母线电压为主目标,选用双向DC/DC变换器对蓄电池进行充放电控制,实现蓄电池组件、光伏电池组件与负载之间的电能管理。其中,以占空比值为条件控制充放电过程转换,实现了平稳过渡。(5)采用推挽电路实现直流母线的升压,通过调节占空比实现闭环控制,实现输出电压的稳定。其中,采用两个相互对称的调制波与同一三角载波控制输出两路控制信号,省略了死区时间的设置。(6)采用单极性SPWM技术,在全桥电路上实现逆变,并通过调节调制比实现电压闭环控制,实现输出电压的稳定。 【关键词】：光伏发电 MPPT 双向DC/DC变换器 电能管理 SPWM
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615;TP273
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-14
• 1.1 光伏发电的研究背景11
• 1.2 光伏发电的研究现状和发展前景11
• 1.3 光伏发电系统的结构和工作原理11-12
• 1.4 论文的研究内容12-13
• 1.5 本章小结13-14
• 第2章 光线跟踪系统的设计14-31
• 2.1 光伏电池的研究与分析14-19
• 2.1.1 光伏电池的工作原理14-15
• 2.1.2 光伏电池的输出特性15-17
• 2.1.3 光伏电池的影响因素17-19
• 2.2 光线跟踪系统方案设计19-21
• 2.3 光线跟踪系统外围硬件的设计与仿真21-24
• 2.3.1 太阳光线的检测电路21-23
• 2.3.2 跟踪控制系统硬件23-24
• 2.4 光线跟踪系统硬件程序的设计与验证24-30
• 2.4.1 电压采样模块26-28
• 2.4.2 步进电机控制模块28
• 2.4.3 跟踪控制器28-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 最大功率跟踪系统的设计31-55
• 3.1 最大功率跟踪系统的简介31-32
• 3.2 最大功率跟踪系统方案的选择32-34
• 3.2.1 跟踪控制算法的选择32-33
• 3.2.2 跟踪控制主电路的选择33-34
• 3.3 最大功率跟踪的模糊控制34-40
• 3.3.1 模糊控制的基本概念34-35
• 3.3.2 模糊控制器的设计35-40
• 3.4 最大功率跟踪系统外围硬件的设计40-46
• 3.4.1 变换电路40-43
• 3.4.2 采样转换电路和驱动电路43-46
• 3.5 最大功率跟踪系统硬件程序的设计46-54
• 3.5.1 数据采集模块48-50
• 3.5.2 功率模块程序50-52
• 3.5.3 模糊控制器模块52
• 3.5.4 PWM模块52-54
• 3.6 本章小结54-55
• 第4章 蓄电池充放电系统的设计55-66
• 4.1 蓄电池充放电系统分析55-57
• 4.1.1 蓄电池的充放电特性55-56
• 4.1.2 蓄电池的充放电控制策略56
• 4.1.3 蓄电池充放电外围主控电路的设计56-57
• 4.1.4 蓄电池充放电控制中的数据采集57
• 4.2 电能管理57-60
• 4.2.1 电能管理的主要内容57-58
• 4.2.2 电能管理的实现方法58-60
• 4.3 蓄电池充放电控制硬件的设计60-65
• 4.3.1 数据采集模块控制硬件60-61
• 4.3.2 电能管理硬件程序61-65
• 4.4 本章小结65-66
• 第5章 逆变器系统的设计66-86
• 5.1 逆变器的概述与设计方案66-67
• 5.1.1 逆变器的概述66
• 5.1.2 逆变器的设计方案66-67
• 5.2 推挽式升压电路的设计67-73
• 5.2.1 推挽电路工作原理67-68
• 5.2.2 推挽升压主电路的设计68-70
• 5.2.3 硬件控制程序的设计与验证70-73
• 5.3 基于SPWM的全桥逆变电路设计73-85
• 5.3.1 SPWM的原理73-75
• 5.3.2 逆变电路硬件电路的设计与仿真75-78
• 5.3.3 硬件控制系统的设计与验证78-85
• 5.4 本章小结85-86
• 总结与展望86-87
• 致谢87-88
• 参考文献88-91
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文91

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