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独立太阳能供电系统的设计与研究

尚冬梅  
【摘要】:太阳能作为一种可再生绿色能源,加之其储量巨大,无污染等优点,将其利用并为我们的生活服务。光伏发电成为太阳能利用最为有效和便捷的方式。从成本和效率方面考虑,对光伏系统进行最大功率点的跟踪研究尤为重要。 对独立光伏发电系统进行了研究,从拓扑结构、工作原理以及最大功率跟踪等方面着手,进行了深入分析研究。主要工作如下: 首先,通过对国内外光伏发电现状的了解,引入光伏发电系统的组成,然后分析了光伏电池的四参数工程模型,建立了仿真模型,通过实验测试,得到不同方法在在不同的环境条件下的输出特性。验证了光伏电池的非线性,并随着环境参数的变化而变化,同时也证明了我们有必要进行最大功率的追踪。 其次,介绍了最大功率跟踪方法,分析了常用DC/DC变换电路的工作原理和特性,然后介绍了几种常用最大功率跟踪算法:恒定电压法(CVT)、电导增量法、干扰观察法(PO)。并用MATLAB对DC/DC变换电路和最大功率跟踪算法进行了建模仿真,权衡各种方法的优缺点,提出恒定电压法结合干扰观察法的改进方案,并通过仿真验证,改善了在环境突变时,单纯干扰观察法的振荡和误判现象,提高了系统的效率。 最后,通过软硬件结合设计了独立太阳能供电系统,采用C8051F040作为主控制器,由最大功率跟踪模块、参数采集模块、保护模块、人机交互模块及充电控制模块组成。其中,最大功率跟踪模块主要是根据实时采集的电压、电流信号来控制DC/DC变换器的占空比,调节光伏电池的工作点;参数采集模块为整个系统运行提供了依据;保护模块使系统安全高效的运行;人机交互模块显示采集来的数据,对系统分析和研究提供数据支持;充电控制模块采用了BOOST电路来实现对蓄电池的控制。


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