MPPT太阳能控制器的设计与实现

论文摘要

阐述了课题研究背景、光伏照明系统的国内外研究动态及发展趋势。叙述了太阳能电池、蓄电池、白光LED的基础知识。论文综述了太阳能光伏发电及控制技术以及我国在路灯照明应用方面的发展情况。详细论述了MPPT最大功率追踪的原理,并分析了固定电压法、扰动观察法及增量电导法各自的优缺点.太阳能LED路灯系统是一种独立运行的光伏系统,由太阳能电池、蓄电池、LED路灯、充电电路、放电／驱动电路、控制器六个部分组成。根据太阳能控制器总体需求确定了硬件设计方案,设计了MCU电路、电源供电电路、DC/DC电路、MPPT电路、信号采集电路、蓄电池防反接电路、蓄电池放电电路及负载保护电路、串口通信电路、实时时钟电路及温度采样电路等。根据太阳能控制器总体需求确定了软件设计方案,设计了白天充电程序及黑夜放电程序,在分析了传统MPPT方法的基础上提出了一种改进型的干扰观察法,该方法可以快速跟踪到最大功率并且在最大功率附近具有较小的震荡幅度。为了增加系统稳定性,给出了软件滤波方案。最后对本文进行了总结并指出本设计中优点与不足,为后续研究提供了参考方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 引言
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外光伏产业发展及应用现状
• 1.3 课题主要研究内容
• 2. 光伏照明系统基础知识
• 2.1 太阳能光伏电池
• 2.2 铅酸蓄电池
• 2.2.1 蓄电池的分类
• 2.2.2 蓄电池工作原理
• 2.2.3 阀控密封式铅酸（VRLA）蓄电池
• 2.3 白光LED
• 2.3.1 LED的优点
• 3. 最大功率点跟踪技术
• 3.1 光伏系统最大功率点跟踪的原理
• 3.2 常规的最大功率点跟踪算法
• 3.2.1 恒电压跟踪法（CVT）
• 3.2.2 扰动观察法（P&O）
• 3.2.3 增量电导法（IncCond）
• 4 太阳能控制器设计方案
• 4.1 太阳能控制器的总体方案
• 4.2 太阳能控制器的功能及原理
• 4.2.1 控制器实现的主要功能
• 4.2.2 控制器的组成原理
• 4.3 太阳能控制器的硬件设计
• 4.3.1 MCU电路
• 4.3.2 晶振电路
• 4.3.3 电源供电电路
• 4.3.4 信号采集电路
• 4.3.4.1 电压采集电路
• 4.3.4.2 电流采集电路
• 4.3.5 DC-DC电路
• 4.3.5.1 DC-DC电路特性
• 4.3.5.2 Buck电路原理
• 4.3.5.3 电感的选择
• 4.3.5.4 电容参数的选择
• 4.3.5.5 功率开关管的选择
• 4.3.6 蓄电池防反接电路
• 4.3.7 蓄电池放电电路及负载保护电路
• 4.3.8 串口通信电路
• 4.3.9 实时时钟电路
• 4.3.10 温度检测电路
• 4.4 软件设计
• 4.4.1 软件总体方案
• 4.4.1.1 软件总体思路
• 4.4.1.2 主程序流程图
• 4.4.2 白天充电程序
• 4.4.2.1 系统采用的充电策略
• 4.4.2.2 白天充电程序流程图
• 4.4.3 黑夜放电程序
• 4.4.3.1 负载放电模式
• 4.4.3.2 黑夜放电程序流程图
• 4.4.4 MPPT控制程序
• 4.4.5 软件滤波程序
• 5 总结及展望
• 5.1 本文总结
• 5.2 今后工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文