MPPT光伏充放电控制器

发布时间：2017-04-16 11:11

  本文关键词：MPPT光伏充放电控制器，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：使光伏充放电控制器具有最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)功能,是提高光伏电池组件利用率的有效途径之一,本文就具有MPPT功能的充放电控制器拓扑和主要器件的功耗进行了研究。在对常用充电拓扑进行研究和元器件功耗进行分析的基础上,设计了一种改进型双Buck电路拓扑,使用N沟道增强型MOSFET进行续流,减少了导通中的损耗。双Buck电路交替工作,分担了电路工作中的发热量。同时,在结构上形成了电路冗余,提高了系统的可靠性。经MATLAB/Simulink建模和仿真证明,相比较于单Buck电路,本文设计的双Buck电路拓扑能更好地作用于充放电控制器,提高了光伏组件的利用率。为获得稳定的MPPT算法,基于本论文设计的双Buck拓扑电路,设计了一种适合该拓扑的变步长扰动观察MPPT算法,增加了追踪算法在最大功率点附近的稳定性。此算法可在追踪到最大功率点后逐渐缩小步径,防止振荡现象的出现,最终锁定最大功率点。分析了铅酸蓄电池的特性,设计了一种三阶段马斯充电法,可保证整个充电过程中的充电电流均处于马斯最佳充电曲线范围内,有效地减少了蓄电池的充电损耗。基于上述研究基础,以ARM作为控制核心,设计了一种光伏充放电控制器,完成了软硬件设计并制作了样机,在实验室环境下对该控制器进行了效果测试。实验测试表明,本文设计的光伏充放电控制器可获得较高的充电效率,同时也证明了整个系统的可行性和有效性。
【关键词】：充放电控制器 双Buck 光伏 MPPT 蓄电池
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM615
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-10
• 1. 引言10-16
• 1.1 光伏发电的背景和意义10-11
• 1.2 光伏发电的发展现状11-12
• 1.3 光伏发电系统的分类12-14
• 1.3.1 并网型光伏发电系统12-13
• 1.3.2 离网型光伏发电系统13-14
• 1.4 光伏充放电控制器技术研究现状14-15
• 1.5 论文的主要研究内容15-16
• 2. 离网型光伏发电系统的结构和特性16-30
• 2.1 离网型光伏发电系统的基本组成16-17
• 2.2 光伏电池的原理及特性17-24
• 2.2.1 光伏电池的工作原理17-18
• 2.2.2 光伏电池的分类18-19
• 2.2.3 光伏电池的数学模型19-21
• 2.2.4 光伏电池的MATLAB/Simulink建模仿真21-24
• 2.3 光伏系统中常见的电路拓扑24-30
• 2.3.1 Buck电路25-27
• 2.3.2 Boost电路27-28
• 2.3.3 Buck-Boost电路28-29
• 2.3.4 本节小结29-30
• 3. 蓄电池特性和充电策略30-46
• 3.1 铅酸蓄电池的结构和原理30-31
• 3.2 铅酸蓄电池的理论模型31-32
• 3.3 铅酸蓄电池的MATLAB/Simulink仿真32-36
• 3.4 铅酸蓄电池的充电策略36-40
• 3.4.1 恒压充电法37
• 3.4.2 恒流充电法37-38
• 3.4.3 PWM充电法38
• 3.4.4 阶段充电法38-39
• 3.4.5 马斯最佳充电曲线39-40
• 3.5 最大功率点跟踪算法40-46
• 4. 光伏充放电控制器的硬件电路设计46-64
• 4.1 硬件系统结构46-47
• 4.2 充放电电路拓扑47-56
• 4.2.1 双Buck电路模型47-48
• 4.2.2 电路的元器件参数48-49
• 4.2.3 续流MOSFET的控制49-52
• 4.2.4 双Buck电路充电分析52-56
• 4.3 主控芯片的选择56-57
• 4.4 采集电路设计57-60
• 4.4.1 电压采集电路57-58
• 4.4.2 电流采集电路58-59
• 4.4.3 温度采集电路59-60
• 4.5 电子开关电路60-61
• 4.6 蓄电池保护电路61-62
• 4.7 辅助电源电路62-63
• 4.8 本章小结63-64
• 5. 光伏充放电控制器软件设计64-74
• 5.1 软件的总体设计64-65
• 5.2 初始化流程65-66
• 5.3 充电程序流程66-72
• 5.3.1 本文使用的充电策略67-70
• 5.3.2 本文使用的跟踪算法70-72
• 5.4 放电程序的设计72-73
• 5.5 本章小结73-74
• 6. 实测数据和分析74-78
• 6.1 实验平台74-76
• 6.2 双Buck拓扑的驱动波形76-77
• 6.3 实测充电数据77-78
• 7. 总结与展望78-80
• 参考文献80-84
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果84-88
• 学位论文数据集88

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本文编号：310679