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独立太阳能光伏发电用双向DC-DC变换器的全数字化控制

作 者: 冀维金
导 师: 汪殿龙
学 校: 河北科技大学
专 业: 材料加工工程
关键词: 双向DC-DC变换器 TMS320F2812 数字PID 太阳能电池阵列 铅酸蓄电池组
分类号: TM46
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
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内容摘要


世界环境的日益恶化和传统能源的日渐枯竭,促使了人类对新能源的研究和开发。太阳能光伏发电具有无污染、无噪音、取之不尽、用之不竭等优点,越来越受到世界各国的广泛关注,在未来的供电系统中将占有重要的地位。本论文针对独立太阳能光伏发电系统用双向DC-DC变换器,开展了基于TMS320F2812的太阳能光伏发电全数字化控制的理论和试验研究。双向DC-DC变换器(Bi-directional DC-DC Converter, BDC)是可以双向调节能量流动方向的直流-直流变换器。论文首先分析介绍了太阳能光伏电池发电机理及DC-DC变换器的基本工作原理。然后由浅入深引出双向DC-DC变换器的工作原理及不同的主电路拓扑结构。在此基础上设计了系统的硬件结构和软件结构。该变换器高压侧接太阳能电池阵列,低压侧接铅酸蓄电池组。本文采用数字PID的控制算法。控制电路通过对太阳能电池阵列输出电压大小的监测决定主电路工作于Buck状态还是工作于Boost状态。当主电路工作于Buck状态时,高压侧太阳能电池阵列对蓄电池组进行充电,软件通过对蓄电池组端电压的判断自动选取恒压或恒流的充电模式。当主电路工作于Boost状态时,低压侧蓄电池组进行恒压放电。电路的过压保护、欠压保护、过流保护采用软硬件双重保护。文中详细给出了独立太阳能光伏发电用双向DC-DC变换器的系统设计、软硬件设计、数字PID控制器的实现方法及实验结果分析与优化过程。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-15
  1.1 课题选题背景及意义  9-10
    1.1.1 课题选题背景  9-10
    1.1.2 课题选题意义  10
  1.2 双向DC-DC变换器两端输入电源特性分析  10-13
    1.2.1 太阳电池特性  10-12
    1.2.2 铅酸蓄电池充放电策略  12-13
  1.3 双向DC-DC变换器的概念及国内外研究现状  13-14
  1.4 本课题的研究目的及内容  14
  1.5 本章小结  14-15
第2章 系统总体设计  15-20
  2.1 系统构型及相关参数  15-17
    2.1.1 双向DC-DC变换器构型  15
    2.1.2 系统太阳能电池板参数  15-16
    2.1.3 系统铅酸蓄电池参数  16-17
  2.2 系统设计要求  17-18
    2.2.1 系统要求  17-18
    2.2.2 主要技术指标  18
  2.3 技术路线  18-19
  2.4 本章小结  19-20
第3章 系统主电路拓扑及其工作原理  20-39
  3.1 双向DC-DC变换器主电路拓扑结构  20-21
    3.1.1 非隔离双向DC-DC变换器  20-21
    3.1.2 隔离双向DC-DC变换器  21
  3.2 系统主电路拓扑及其工作原理  21-25
    3.2.1 系统主电路Buck支路工作原理  22-23
    3.2.2 系统主电路Boost支路工作原理  23-25
  3.3 系统主电路参数计算  25-31
    3.3.1 储能电感的容量计算  25-27
    3.3.2 滤波电容的容量计算  27-28
    3.3.3 主功率开关器件类型选取及容量计算  28-29
    3.3.4 无损吸收电路的设计  29-31
  3.4 Buck电路仿真及分析  31-35
    3.4.1 Buck电路模型的建立及参数设置  32
    3.4.2 Buck电路仿真波形  32-33
    3.4.3 Buck各主要元器件参数对输出波形的影响  33-35
  3.5 Boost电路仿真及分析  35-38
    3.5.1 Boost电路模型的建立及参数设置  35
    3.5.2 Boost电路仿真波形  35-36
    3.5.3 Boost电路各主要元器件参数对输出波形的影响  36-38
  3.6 主电路参数整定及整定后仿真波形  38
  3.7 本章小结  38-39
第4章 控制系统硬件电路设计  39-50
  4.1 控制系统硬件电路组成部分  39
    4.1.1 控制系统组成部分  39
    4.1.2 控制系统元器件说明  39
  4.2 TMS320F2812最小系统  39-40
    4.2.1 TMS320F2812概述  39-40
    4.2.2 DSP2812最小系统  40
  4.3 控制电源板的优化设计  40-42
  4.4 AD采样电路  42-45
    4.4.1 电压采样及调理电路  42-43
    4.4.2 电流采样及调理电路  43-44
    4.4.3 AD采样校准电路  44-45
  4.5 PWM驱动电路  45-48
  4.6 保护电路  48-49
  4.7 本章小结  49-50
第5章 系统调试工具及控制算法实现  50-60
  5.1 DSP开发软件及工具  50-51
    5.1.1 软件开发工具  50
    5.1.2 硬件开发工具概述  50-51
  5.2 数字信号处理概述  51-52
  5.3 系统程序控制算法实现  52-59
    5.3.1 充放电模式间的切换原则  52
    5.3.2 系统主程序流程  52-53
    5.3.3 PWM软件实现流程  53-55
    5.3.4 A/D转换软件实现流程  55-56
    5.3.5 数字PID调节算法实现流程  56-58
    5.3.6 系统充放电程序流程改进  58-59
  5.4 本章小结  59-60
第6章 整机安装调试及实验结果分析  60-67
  6.1 控制板调试平台制作及PCB板调试  60-63
    6.1.1 调试平台设计及制作  60
    6.1.2 控制线路板的调试  60-63
  6.2 整机的安装调试  63-66
    6.2.1 充电模式实验  63-64
    6.2.2 放电模式实验  64-65
    6.2.3 充放电模式切换实验  65
    6.2.4 调试过程经验教训及展望  65-66
  6.3 本章小结  66-67
结论  67-68
参考文献  68-71
攻读硕士学位期间所发表的论文  71-72
致谢  72

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 变压器、变流器及电抗器 > 变流器
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