独立光伏系统中智能充电方法的研究及应用

【摘要】：本论文是以独立光伏充电控制系统作为研究对象,从系统的参数选择、拓扑结构、控制策略、最大功率跟踪及蓄电池的保护等方面做了详细的分析和研究。 本论文首先论述了太阳能电池和铅酸蓄电池的工作原理。仿真验证了太阳能电池的输出特性,分析了充电过程中影响铅酸蓄电池寿命的主要因素。结合蓄电池的充放电特性及光伏系统的独特性,对蓄电池采用MPPT快充、带有比例积分PI调节的恒压过充和浮充三阶段充电控制策略。 在上述基础上,采用Buck拓扑结构为充电主电路,设计了一种基于脉冲宽度调制技术的充电控制器。整个系统采用MSP430F235为控制中心,对太阳能电池和蓄电池电压不断检测,通过对充电电流或充电电压反馈调节开关管的占空比,分别实现最大功率跟踪、恒充和浮充三阶段充电的功能。完成了基于MSP430F235光伏电源控制器产品的硬件设计,利用C语言编写了相应的控制程序和算法。 产品的实验结果表明,系统能有效地判断蓄电池的荷电状态,并采取相应的充电方式。MPPT充电时能快速跟踪外界条件的变化,且稳态震荡小,提高了光伏电能的利用率;过充和浮充时电压精度高,可延长蓄电池的使用寿命。 【关键词】：智能充电 蓄电池 最大功率点跟踪 Buck
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM910.6
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 选题背景及意义8-9
• 1.2 国内外技术现状9-11
• 1.2.1 光伏发电技术现状9-10
• 1.2.2 光伏电源控制器技术现状10
• 1.2.3 充电策略的技术现状10-11
• 1.3 论文的主要研究内容11-14
• 第二章 独立光伏发电系统基本组成和特性14-32
• 2.1 独立光伏发电系统组成14
• 2.2 太阳能电池14-20
• 2.2.1 太阳能电池的工作原理15-16
• 2.2.2 太阳能电池的分类16
• 2.2.3 太阳能电池的理论数学模型16-18
• 2.2.4 太阳能电池的工程用数学模型18-19
• 2.2.5 太阳能电池的MATLAB/Simulink 仿真19-20
• 2.3 铅酸蓄电池20-30
• 2.3.1 铅酸蓄电池原理21-22
• 2.3.2 铅酸蓄电池的特性参数22-23
• 2.3.3 铅酸蓄电池三阶动态模型23-26
• 2.3.4 蓄电池三阶模型MATLAB/Simulink 仿真26-30
• 2.4 本章小结30-32
• 第三章 智能充电技术的研究与设计32-48
• 3.1 常用充电方法比较32-34
• 3.2 光伏系统智能充电策略的设计34-37
• 3.2.1 充电控制过程分析35-36
• 3.2.2 智能充电策略设计36-37
• 3.3 最大功率点跟踪原理37-38
• 3.4 最大功率点跟踪算法38-42
• 3.4.1 恒电压法38-39
• 3.4.2 扰动观察法39-40
• 3.4.3 电导增量法40-41
• 3.4.4 其它跟踪方法41-42
• 3.5 最大功率点跟踪算法仿真42-46
• 3.5.1 扰动观察法算法仿真43
• 3.5.2 增量电导法算法仿真43-44
• 3.5.3 仿真算法精度对比分析44-46
• 3.6 本章小结46-48
• 第四章 智能光伏充电系统的硬件设计48-68
• 4.1 系统硬件方案总体设计48-49
• 4.2 单片机49-51
• 4.2.1 MSP430F235 简介49-50
• 4.2.2 单片机电源电路50-51
• 4.3 信号采集电路51-56
• 4.3.1 电压采集电路52-53
• 4.3.2 电流采集电路53-56
• 4.4 充电电路设计56-64
• 4.4.1 Buck 电路工作原理57-59
• 4.4.2 三阶段充电策略的实现59-60
• 4.4.3 Buck 回路各元件参数计算60-62
• 4.4.4 电子开关电路62-63
• 4.4.5 MOSFET 驱动电路设计63-64
• 4.5 放电电路及负载保护电路64-66
• 4.6 RS485 通讯接口66-67
• 4.7 本章小结67-68
• 第五章 智能光伏充电系统的软件开发68-76
• 5.1 系统软件方案设计68-69
• 5.2 总体软件流程69-71
• 5.3 三阶段充电子流程71-73
• 5.4 系统软件抗干扰措施73-75
• 5.4.1 AD 采集的数据处理73
• 5.4.2 阈值判断的软件滤波73-74
• 5.4.3 数据的保护与恢复74-75
• 5.5 本章小结75-76
• 第六章 实验结果和展望76-81
• 6.1 充电实验76-78
• 6.2 现场调试78-79
• 6.3 老化测试79-80
• 6.4 本章小结80-81
• 第七章 总结和展望81-83
• 致谢83-84
• 参考文献84-87

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