用于小型光电互补电源的DC/DC控制器研究

摘要

随着全球能源需求的不断增长，能源、环境和气候变暖等问题日益突出，倡导低碳经济运行，提高资源利用率，加大利用可再生能源力度，进一步减少化石能源消耗，保护生态环境已成为全社会的共识和责任。作为一种新能源发电方式，光伏发电发电过程无机械传动部件，不排放任何物质，而且具有建设周期短、无噪声、低污染、可就地发电，无需架设输电线路，可以方便地与建筑物结合等优点，现已成为国内外学者研究的热点。独立型太阳能发电系统研究的焦点是DC/DC控制器，主要包括光伏阵列最大功率点跟踪(MPPT)和蓄电池充放电管理两方面。时刻保持光伏阵列输出最大功率，可提高能源的利用率，降低光伏阵列的设计容量;对蓄电池进行充放电管理，保持蓄电池处于最佳充放电状态，可以减少蓄电池故障，大大提高蓄电池的寿命，降低系统的成本，直接提高系统的寿命和供电可靠性。所以对光伏发电系统DC/DC控制器的研究具有重大的理论和现实意义。
　　 本文研究内容主要包括以下三个部分:首先，本文提出一种带稳定工作点判断的全局变步长电导增量法，用来实现光伏阵列最大功率点跟踪，并搭建了光伏电池和光伏阵列最大功率点跟踪的MATLAB/SIMULINK仿真模型，在外界环境固定和环境变化情况下，与传统电导增量法进行了仿真比较，仿真结果表明全局变步长电导增量法在各种外界环境变化情况下均能迅速稳定地输出最大功率，有效地解决了传统变步长电导增量法搜索稳定性和快速性相矛盾的问题;其次，综合分析了蓄电池各种充电策略的优缺点和各直流变换器的优缺点，最终采用双半桥双向DC/DC变换器对蓄电池进行四阶段充电，搭建了铅酸蓄电池的充放电MATLAB/SIMULINK仿真模型，并在双向DC/DC变换器Boost模式下进行了仿真分析;最后，对系统的软硬件进行了设计，选用两个TMS320F2812芯片分别对光伏阵列最大功率点跟踪和蓄电池充放电管理进行控制，详细设计了信号采样处理电路、驱动电路、通信电路等硬件电路，在软件设计部分给出了蓄电池充放电管理和通信电路控制流程图。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究的意义

1．2 课题的国内外研究现状

1．3 课题研究方案与内容

1．3．1 小型光电互补电源系统方案的提出

1．3．2 课题研究内容

第2章 DC／DC变换器的拓扑和原理分析

2．1 DC／DC变换器及其应用

2．1．1 直流变换器分类

2．1．2 双向直流变换器分类

2．2 Boost变换电路

2．2．1 主电路拓扑和控制方式

2．2．2 电感电流连续时的基本关系

2．3 双半桥双向DC／DC变换器

2．3．1 移相控制方法介绍

2．3．2 双半桥双向直流变换器正向Boost工作过程

2．4 本章小结

第3章 光伏电池及最大功率点跟踪

3．1 光伏电池的建模

3．2 光伏电池的最大功率点跟踪技术

3．2．1 传统变步长电导增量法

3．2．2 全局变步长电导增量法

3．2．3 增加稳定工作点判断

3．3 Boost电路参数选取

3．4 仿真分析

3．5 小结

第4章 蓄电池及其充放电控制

4．1 蓄电池建模

4．2 蓄电池的充放电控制策略

4．2．1 常用的蓄电池充电方法介绍

4．2．2 四阶段充电方法

4．3 双半桥双向DC／DC变换电路参数选取

4．4 双向DC／DC变换器的数字实现

4．5 仿真分析

4．6 小结

第5章 系统软硬件设计

5．1 控制电路预期指标及总体设计方案

5．1．1 控制电路预期指标以及容量选取

5．1．2 系统容量的设计

5．1．3 控制系统的总体设计方案

5．2 硬件电路设计

5．2．1 TMS320F2812控制芯片

5．2．2 A／D采样及转换电路设计

5．2．3 驱动电路设计

5．2．4 通讯模块设计

5．3 软件设计

5．3．1 蓄电池充放电管理程序流程

5．3．2 通信模块流程图

5．4 小结

第6章 结论与展望

6．1 论文的主要工作及贡献

6．2 对未来工作的展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢