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基于MPPT的光伏电池电力应用系统的研究与设计

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第一章引言

§1.1本文研究背景和研究目的

§1.2研究现状及发展方向

§1.3课题意义和研究内容

第二章相关技术概述

§2.1太阳能电池的输出特性和功率峰值跟踪

2.1.1光伏阵列的I-V方程

2.1.2太阳能电池的输出特性

2.1.3功率峰值跟踪

§2.2 Buck-Boost型开关稳压电路

§2.3 PWM软开关技术

2.3.1硬开关的危害

2.3.2软开关技术的提出

2.3.3软开关技术的实现

§2.4现场总线技术

2.4.1现场总线控制系统(FCS)的结构与特点

2.4.2当前流行的几类现场总线

2.4.3选用CAN总线的理由

§2.5模糊控制概述

2.5.1模糊控制技术的技术优势

2.5.2模糊控制器的设计

2.5.3模糊控制器的实现

§2.6本章小结

第三章实现太阳阵峰值功率的MPPT算法及实现

§3.1光伏阵列特性曲线

§3.2太阳能最大功率点追踪控制算法

3.2.1电压回授法

3.2.2功率回授法

3.2.3增量电导法

3.2.4直线近似法

3.2.5实际量测法

3.2.6扰动与观察法

§3.3扰动观察法的改进算法和MPPT的实现

§3.4本章小结

第四章太阳能电池的光伏应用系统硬件结构设计

§4.1 DC/DC变换模块的设计

4.1.1开关管MOSFET的电路特性

4.1.2软开关技术在的DC/DC变换器上的实现

4.1.3非对称结构的ClassD升降压电路

4.1.4关于DC/DC变换电路的控制设计

§4.2模数转换模块

4.2.1检测电路

4.2.2信号保持增益电路

4.2.3 A/D转换电路

§4.3主控制器模块

4.3.1主微控制器P89C51

4.3.2辅助微处理器

§4.4蓄电池充放电系统模块

§4.5本章小结

第五章太阳能电力应用系统软件设计

§5.1主控制芯片软件设计

5.1.1模拟信号的转换模块

5.1.2恒电压控制的DC/DC模块

5.1.3 MPPT及蓄电池组的切换控制

5.1.4串行通信模块

5.1.5蓄电池的管理

§5.2辅助处理器的软件设计模块

5.2.1辅助处理器中断程序流程图

5.2.2 PWM信号的产生及输出

§5.3本章小结

第六章恒电压的DC/DC电路MATLAB仿真

§6.1仿真工具的选择

§6.2利用Simulink对电力电子系统的建模与仿真

6.2.1 PSB的功能及特点

6.2.2系统的建模与仿真

6.2.3仿真及其结果

§6.3本章小结

第七章基于CAN总线的太阳能发电站测控系统

§7.1 CAN总线的在电力系统环境下的应用

§7.2基于CAN总线的太阳能发电站测控系统

7.2.1下位机测控单元的设计

7.2.2基于USB的CAN总线适配器的设计

§7.3本章小结

第八章基于模糊逻辑控制的最大功率跟踪系统

§8.1应用模糊控制方法控制的可行性分析

§8.2应用模糊逻辑控制进行MPPT

8.2.1模糊控制器的设计

8.2.2输入和输出变量的模糊化

8.2.3建立控制规则表

8.2.4模糊输出的反模糊化设计

§8.3利用MATLAB模糊逻辑工具箱进行MPPT仿真

§8.4本章小结

第九章结论和展望

参考文献

附录//MPPT初始化程序 mpptinit.asm一

附录//MPPT初始化程序 mpptinit.asm二

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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摘要

本课题采用改进的步进式扰动观察最大功率点算法,来寻找太阳电池阵列的最大功率点,使系统在任何温度和日照条件下都能跟踪太阳电池的最大功率,提出了较为先进的模糊控制算法及其具体的设计步骤,采用了双环控制系统,电压环采用了DC/DC的升降压变换电路用来保持电力系统的恒电压输出,其中使用了离散型增量式PID算法来对电压进行控制,同时注意使用了软开关技术来提高变换器的转换效率。电流环用改变电流的方式来跟踪太阳能电池的最大功率点,使用了MATLAB中的PSB(PowerSystemBlockset)工具箱建立了动态仿真模型,对系统进行仿真,获得了较为理想的结果。 本文设计了对太阳能电力的监控系统,以便随时有效的监测太阳能光电转换的相关数据,对于以后太阳能光伏发电的趋势,电力并网发电系统也有一定的参考价值。

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