基于LPC1343单片机的光伏建筑发电系统设计

摘要

人类对能源需求的日益扩大和能源短缺环境污染问题之间的矛盾，使得清洁可再生能源的开发利用成为世界各国关注的焦点。太阳能发电是一种新兴清洁可再生能源，是一种普遍、无害、巨大和永久的能源。
　　 另一方面，建筑能耗非常巨大，如何提高建筑能效是人们关注的问题。太阳能建筑一体化(BIPV)能很好的提高建筑能效，是太阳能应用的领域之一。世界上很多发达国家都对太阳能建筑一体化进行研究开发，也给与这项新产业很多的政策支持，使得太阳能建筑一体化应用得到较快的发展。
　　 对于常规电力无法送达的地区，独立式光伏发电系统就显得尤为重要，它可以解决人们的用电需求，所以研究独立式太阳能建筑一体化技术具有很大的应用价值。论文分两个部分，一部分介绍太阳能电池的参数特性，为后文的研究提供理论基础，另一部分重点研究太阳能发电控制系统，如最大功率点跟踪(MPPT)，基于面积等效法的SPWM技术，交流电压采样算法，参数自调整的模糊PID技术等，目的是提高系统的发电效率和应对负载变化时能快速提供稳定的电压。
　　 论文结合太阳能电池电压参数特性，结合恒压法和电导增量法的优点，给出一个合理电压值作为最大功率点的初始电压值，使系统更快的跟踪到最大功率点。从电压和电阻值角度，分析了Boost斩波升压电路和Buck斩波降压电路实现最大功率跟踪的不足，提出基于Cuk升降压电路实现最大功率点的方法，并给出具体的计算分析过程和详细的流程图。结合单片机技术和面积等效法计算出详细的正弦表，给出详尽的软件设计方法和SWPM实验输出波形。利用均方根算法进行交流采样，设计出采样电路图和采样保持电路，给出完整的采样算法实现过程。结合PID技术和模糊控制的优点，提出参数自调整模糊PID控制方法，用模糊控制的方法在线调整PID的比例系数Kp和积分参数Ki，使得系统具有更好的动静态响应过程，给出详细的设计方法和步骤，参数自调整模糊PID能更好的应对负载变化输出稳定的电压值。试验设计一台一千瓦的太阳能发电系统，给出主要的硬件电路图和软件设计，为实际应用提供参考价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文选题的背景及意义

1．2 建筑光伏发电系统国内外研究状况

1．2．1 国内研究现状

1．2．2 国外研究现状

1．3 课题研究的内容

第2章 太阳能电池

2．1 太阳能电池发电原理

2．2 太阳能电池种类

2．2．1 单晶硅电池性能

2．2．2 多晶硅电池性能

2．2．3 非晶硅电池的性能

2．2．4 几类电池性能比对

2．3 太阳能电池特性

2．3．1 温度特性

2．3．2 辐射强度特性

2．3．3 最大功率特性

2．3．4 负载匹配特性

2．4 防反充和旁路二极管

2．4．1 防反充二极管

2．4．2 旁路二极管

2．5 太阳电池组件

2．6 太阳能光伏发电系统

2．6．1 离网运行系统

2．6．2 并网运行系统

第3章 太阳能电池最大功率点跟踪

3．1 试验用太阳能电池参数

3．2 最大功率点跟踪方法

3．2．1 恒电压控制法

3．2．2 干扰观测控制法

3．2．3 电导增量控制法

3．2．4 基于电导增量法的程序流程图

3．3 最大功率跟踪采用的硬件电路

3．3．1 Buck降压电路及算法

3．3．2 Boost斩波升压电路及算法

3．3．3 Cuk升降压电路及算法

3．4 基于Cuk升降压电路的matalab仿真

第4章 光伏建筑发电系统的控制器与逆变实现

4．1 逆变硬件电路及功能

4．2 逆变技术控制策略

4．3 数字控制SPWM生成的几种方法

4．3．1 自然采样法

4．3．2 规则采样法

4．3．3 面积等效法

4．4 SPWM驱动电路

4．4．1 IR2110驱动芯片内部结构及自举原理

4．4．2 IR2110驱动芯片时序

4．5 单片机PWM输出规则

4．6 基于面积等效法建立的正弦表

4．7 单片机输出SPWM波形部分程序

4．8 逆变输出波形

4．8．1 单片机输出的SPW波形

4．8．2 经IR2110驱动后输出的波形

第5章 交流采样电路及算法

5．1 电压电流交流采样电路

5．1．1 采样保持电路

5．1．2 采样输出波形

5．2 常用交流采样算法

5．2．1 快速傅里叶采样算法

5．2．2 均方根算法

5．2．3 均方根算法程序流程图

5．3 单片机AD转换及算法实现

5．3．1 单片机自带AD转换

5．3．2 算法实现程序

5．3．3 计算结果与误差分析

第6章 逆变器闭环控制算法

6．1 PID控制和纯模糊控制

6．1．1 位置式PID原理

6．1．2 增量式PID算法实现

6．1．3 PID控制器中各个系数的作用

6．1．4 PID控制器系数参数整定

6．1．5 纯模糊控制系统

6．2 模糊理论数学基础知识

6．2．1 模糊化

6．2．2 模糊推理

6．2．3 解模糊

6．3 模糊算法实现

6．3．1 语言变量论域和系统比例因子的确定

6．3．2 变量模糊化

6．3．3 规则库的建立

6．4 参数自调整模糊PID控制的实现举例

6．4．1 参数自调整模糊PI控制系统

6．4．2 参数自调整模糊PID具体实现过程

6．4．3 参数自调整模糊PID控制程序流程图

6．5 逆变输出

6．6 显示器

第7章 总结

参考文献

致谢

攻读学位期间发表论文情况