基于TMS320F2812 DSP的太阳能独立光伏发电系统设计

论文摘要

世界能源的短缺以及环境污染已成为当今日益严重的问题,改变能源结构,寻找可再生绿色能源愈来愈受到重视。太阳能具有取之不尽、用之不竭、清洁安全等特点,并且太阳能光伏发电系统的研究对于缓解能源危机、减少环境污染、减小温室效应具有重要的意义。针对目前光伏电池转换效率比较低的问题,为了充分有效利用太阳能,对光伏发电系统进行最大功率跟踪（Maximum Power Point Tracking, MPPT）显得尤为必要。本文在分析综述了国内外光伏产业发展现状和光伏发电原理的基础上,设计了基于TI公司TMS320F2812 DSP的光伏独立发电系统。本文所做的主要工作如下:（1）综述了国内外光伏产业发展现状及太阳能电池的基本发电原理,结合太阳能电池的输出特性及其影响因素,分析了最大功率跟踪的必要性,提出了可行的最大功率点跟踪控制方法。（2）在对目前广泛应用的DC-DC变换器拓扑结构的优缺点分析总结的基础上,设计了一种基于Boost控制电路的光伏独立发电系统。（3）分析了铅酸蓄电池充放电过程中的电化学反应机理,设计了满足系统要求的蓄电池充电主电路。该电路能有效控制蓄电池的充、放电,避免蓄电池在应用中出现的过充、过放现象,最大程度地利用光伏电池所发出的电能。（4）设计了以数字信号控制器DSP TMS320F2812为核心的光伏独立发电系统,并设计了辅助电源电路、保护电路、人机交互电路等组成部分。（5）扩展了CAN总线接口,为光伏发电系统组网奠定了技术基础;引入了GSM技术,利用SMS（Short Message Service）技术远距离传输数据,实现了远距离系统工作状态的监控。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外光伏发电系统研究现状
• 1.2.2 国内光伏发电系统研究现状
• 1.3 课题的主要内容及意义
• 1.3.1 课题研究的主要内容
• 1.3.2 课题研究的意义
• 第二章 太阳能独立光伏发电系统的组成与工作原理
• 2.1 太阳能光伏发电系统的类型
• 2.2 太阳能独立光伏发电系统的构成
• 2.2.1 光伏电池阵列
• 2.2.2 电路控制部分
• 2.2.3 储能装置
• 2.3 光伏电池阵列
• 2.3.1 光伏电池的分类及发电原理
• 2.3.2 光伏电池的物理模型
• 2.3.3 光伏电池的输出特性
• 2.4 铅酸蓄电池
• 2.4.1 铅酸蓄电池的分类
• 2.4.2 铅酸蓄电池的基本特性
• 2.4.3 铅酸蓄电池的充放电原理
• 2.4.4 蓄电池充电电路拓扑结构
• 2.4.5 铅酸蓄电池充电控制方法
• 2.5 小结
• 第三章 最大功率点跟踪及其实现
• 3.1 最大功率点跟踪原理
• 3.2 常用最大功率点跟踪方法比较
• 3.2.1 恒电压控制法
• 3.2.2 扰动观察法
• 3.2.3 电导增量法
• 3.2.4 一种改进的自适应扰动观察法
• 3.3 MPPT 主电路拓扑结构
• 3.3.1 降压变换器（Buck 变换器）电路
• 3.3.2 升压变换器（Boost 变换器）电路
• 3.3.3 降压-升压（Buck-Boost）变换器电路
• 3.3.4 升压-降压（Cuk）变换器电路
• 3.4 仿真结果与分析
• 3.5 小结
• 第四章 太阳能独立光伏发电系统设计
• 4.1 控制系统硬件电路
• 4.1.1 控制系统总体框图
• 4.1.2 控制芯片TMS320F2812 DSP 简介
• 4.1.3 DSP 外围电路
• 4.2 系统辅助电源设计
• 4.2.1 辅助电源设计
• 4.2.2 电源监控电路
• 4.3 驱动电路设计
• 4.3.1 MOSFET 驱动电路设计
• 4.3.2 继电器驱动电路设计
• 4.4 信号检测电路设计
• 4.4.1 电流检测电路设计
• 4.4.2 电压检测电路设计
• 4.5 CAN 总线接口电路
• 4.5.1 CAN 总线简介
• 4.5.2 F2812 的CAN 总线控制器
• 4.5.3 CAN 总线收发器
• 4.6 GSM 无线通信设计
• 4.6.1 GSM 网络
• 4.6.2 SMS 简介
• 4.6.3 TC35i 接口电路
• 4.7 人机交互电路设计
• 4.7.1 键盘电路设计
• 4.7.2 液晶显示电路设计
• 4.8 控制系统软件设计
• 4.8.1 软件基本功能概述
• 4.8.2 DSP 软件开发环境
• 4.8.3 主程序设计
• 4.8.4 A/D 采样算法子程序
• 4.8.5 人机交互子程序设计
• 4.8.6 程序抗干扰设计
• 4.9 小结
• 第五章 太阳能独立光伏发电系统实验结果
• 5.1 实验系统构成
• 5.2 实验平台
• 5.3 实验结果
• 5.4 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文总结
• 6.2 以后工作的发展与展望
• 参考文献
• 附录：系统原理图
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文