绝缘子污秽在线监测装置供电系统的研究与设计

摘要

近年来,随着光伏产业的高速发展,以太阳能电池为能量来源的开关电源已经深入应用到电子产品领域。在目前的电力系统中,输电线路绝缘子污秽在线监测设备是重要的部件之一,它关系到电力系统的稳定供电和运行。而目前的大多在线监测设备的电源都是通过变压器变压来对监测设备供电,在断电的时候,监测设备便不能正常工作,而太阳能是源源不断地,极大地解决了电力系统断电时监测设备不能持续工作的问题,进而有助于电力系统稳定、可靠的运行。
　　为了在夜间情况下继续维持电力系统绝缘子污秽在线监测设备工作,本文对电力保护装置储能电容的充电技术进行了研究。就是通过太阳能电池白天先给储能电容充电,然后储能电容夜间为监测设备供电。目前,真正能实现为大容量蓄电池和电容器充电的智能充电器很少,市场上一些智能充电器多数应用改进后的恒流递减型的充电方法,采用这种方法能弥补传统恒流恒压充电方式的不足,但是不能实现让太阳能电池不管在任何光照强度和环境温度下都能输出最大功率,所以充电效率没有提高。为了使超级电容器在更短的时间内储存太阳能电池释放出来的电能,本文设计了一种最大功率点跟踪(MPPT)控制系统。通过在太阳能阵列输出环节增加一辅助电路,此处为一种新型的变换器,将太阳能阵列的工作点维持在最大功率点,极大的提高了太阳能的利用效率。就是实时采样太阳能电池的输出电压和输出电流,通过计算和改变变换器的占空比使太阳能电池的负载阻抗和其内阻匹配,输出最大功率为储能设备充电。在Simulink环境下进行了仿真实验,获得仿真数据和仿真波形。
　　为了解决输电线路绝缘子污秽在线监测装置供电电源问题,建议了一种采用太阳能电池取能和采用超级电容器储能的开关电源,并且提出了一种基于ARM7-LPC2138的最大功率点跟踪(MPPT)控制系统,由Boost变换器和开关电容变换器相结合,以最大功率为超级电容器充电,放电电路采Buck变换器来实现。通过仿真分析和实例验证,这种拓扑结构有效解决了仅有Boost变换器充电时的不足之处,更好地实现了最大功率跟踪点(MPPT)控制,缩短了超级电容器的充电时间,所进行的理论分析是正确的。该系统的性能达到了设计指标。

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1 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状及趋势

1.3 本文研究内容

2 系统组成及原理

2.1 本系统框图

2.2 太阳能电池特性

2.3 超级电容器

2.4 DC-DC 变换器的设计

2.5 开关电容变换器的结构和设计

2.6 MPPT 控制器原理

2.7 稳压电路

2.8 本章小结

3 系统的参数设计与仿真

3.1 元器件参数设计

3.2 系统电路的仿真

3.3 本章小结

4 硬件制作与测试

4.1 处理器芯片的选择

4.2 电源电路

4.3 复位电路

4.4 系统时钟电路

4.5 JTAG 接口电路

4.6 串口接口电路

4.7 MOSFET 驱动电路设计

4.8 检测电路设计

4.9 系统保护电路设计

4.10 稳压电路的设计

4.11 系统软件设计

4.12 实验结果及波形分析

4.13 本章小结

5 结论与展望

致谢

参考文献

附录