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【摘要】 随着世界能源的日益短缺以及人们环保意识的不断加强,作为绿色新能源的太阳能源得到了广泛认可,光伏发电技术更是倍受关注。本文设计了一种应用于独立光伏发电系统的电源控制器,满足中小功率的用户需求。本文以独立太阳能路灯系统为例,介绍了太阳能电池和铅酸蓄电池的基本工作原理及特性,研究了太阳能电池的最大功率点跟踪问题和蓄电池优化充电策略问题。设计了基于BOOST变换器,对蓄电池进行MPPT和恒电压相结合的二阶段充电方法。本文根据硅太阳能电池的工程用数学模型建立了太阳能电池阵列的MATLAB仿真模型,并对太阳电池阵列输出特性进行了仿真研究。对两种常用的MPPT跟踪算法,即扰动观察法和增量电导法进行了仿真对比研究,分析了不同算法跟踪效果的差异。完成了基于MSP430F235光伏电源控制器的硬件设计,利用C语言编写了相应的控制程序和算法,实现了光伏电源控制器在LED路灯系统中预期的充放电控制功能,并且实现了反接保护、过流保护和短路保护等功能,预期的效果在实际应用中得到了验证。
【关键词】 光伏电源控制器； 充电； 最大功率点跟踪(MPPT)； BOOST变换器；
摘要 3-4
Abstract 4
第一章 绪论 8-12
1.1 课题的选题背景及意义 8-9
1.2 国内外技术现状 9-10
1.2.1 光伏发电技术现状 9
1.2.2 光伏电源控制器技术现状 9-10
1.3 论文的主要研究内容 10-12
第二章 太阳能路灯系统的基本构成和特性 12-26
2.1 太阳能路灯系统的典型结构 12
2.2 太阳能电池 12-19
2.2.1 太阳能电池的工作原理 13-14
2.2.2 太阳能电池的分类 14
2.2.3 太阳能电池的数学模型 14-17
2.2.4 太阳能电池的基本特性 17-19
2.3 蓄电池 19-22
2.3.1 铅酸蓄电池的工作原理 19-20
2.3.2 铅酸蓄电池的主要特性参数 20-21
2.3.3 铅酸蓄电池的寿命影响因素 21-22
2.4 白光LED 22-24
2.4.1 白光LED 的发光原理 23
2.4.2 白光LED 的特性和优点 23-24
2.5 光伏电源控制器 24
2.6 本章小结 24-26
第三章 充电方法的研究与设计 26-42
3.1 常用充电方法比较 26-29
3.1.1 恒流充电法 26
3.1.2 恒压充电法 26-27
3.1.3 阶段充电法 27-28
3.1.4 智能充电法 28
3.1.5 PWM 充电法 28-29
3.2 充电方法的改进 29
3.3 最大功率点跟踪原理 29-30
3.4 最大功率点跟踪方法 30-35
3.4.1 恒电压法 30-31
3.4.2 扰动观察法 31-33
3.4.3 电导增量法 33-34
3.4.4 其他跟踪方法 34-35
3.5 最大功率点跟踪算法仿真 35-40
3.5.1 扰动观察法算法仿真 36-37
3.5.2 增量电导法算法仿真 37-38
3.5.3 仿真算法对比分析 38-40
3.6 本章小结 40-42
第四章 控制器的总体设计 42-48
4.1 系统的相关参数 42
4.2 系统的总体要求和技术指标 42-43
4.2.1 总体要求 42-43
4.2.2 技术指标 43
4.3 系统硬件方案设计 43-45
4.4 系统软件方案设计 45-46
4.5 本章小结 46-48
第五章 控制器的硬件设计 48-66
5.1 主控电路 48-49
5.2 辅助电路 49-51
5.3 信号采集电路 51-56
5.3.1 电压采集电路 52-53
5.3.2 电流采集电路 53-56
5.4 充电电路 56-62
5.4.1 BOOST 功率电路 56-61
5.4.2 电子开关电路 61-62
5.5 放电电路及负载保护电路 62-64
5.5.1 放电电路 62-63
5.5.2 负载保护电路 63-64
5.6 本章小结 64-66
第六章 控制器的软件开发 66-74
6.1 系统软件设计概述 66-67
6.1.1 总体设计与实现 66
6.1.2 总体软件流程 66-67
6.2 系统软件具体设计 67-71
6.2.1 充电控制程序 67-69
6.2.2 放电控制程序 69-70
6.2.3 MPPT 跟踪程序 70-71
6.3 系统软件抗干扰措施 71-73
6.3.1 AD 采集的数据处理 71-72
6.3.2 阈值判断的软件滤波 72-73
6.3.3 数据的保护与恢复 73
6.4 本章小结 73-74
第七章 系统的调试 74-78
第八章 总结与展望 78-80
致谢 80-82
参考文献 82-85
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