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基于ARM的太阳能电站控制器的研究

作　者: 郭天祥
导　师: 刁鸣
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 太阳能光伏系统蓄电池控制器高频逆变
分类号: TM571
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 124次
引　用: 3次
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内容摘要

近年来由于全球能源的逐渐紧张和环境污染的日益严重,清洁的可再生的太阳能源越来越受到人们的重视,同时太阳能的光电转换技术也不断发展至可大规模应用的水平。在未来,太阳能电池的应用有着良好的发展前景。从太阳能电池的光伏特性出发,来研究如何更有效的利用太阳能来替代当前的能源无疑是很有现实意义的。本课题根据光伏电池的工作特性,设计了小型太阳能电站的光伏电池自动跟踪系统,由于太阳在天空中的位置是不断变化的,为此本文采用了自动跟踪系统,通过由ARM7S3C44B0及外围电路组成的驱动系统使聚光器始终朝向太阳。在天黑后,能够使电池板重新朝向东方,实现日循环运行。本课题以ARM7芯片S3C44B0为核心,完整的设计了高效的太阳能电站充放电控制器系统,采用实时动态跟随、超前抑制的控制方式有效的保护蓄电池组被过充。实时采集系统电压和放电电流保护蓄电池组被过放。外围完善的电路保护系统和异常报警系统可使整套设备在无人监控状态下安全放心的运作。传统逆变器以工频为多,本课题采用高频逆变技术,以DC/DC前级升压取代工频变压器后级升压；后级逆变环节采用单相全桥主电路,采用具有比例前馈校正环节的比例积分调节控制策略,实现低压直流输入,标准市电输出。文中详细地介绍了电压电流双闭环控制的原理和结构设计,并建立了全桥逆变电路的数学模型,对控制系统进行分析后,得到输出电压正弦度高、稳定性好,负载突变时系统动态响应速度得到大大提高,符合实际使用状况。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-19
  1.1 研究背景及研究意义  11-12
  1.2 太阳能的特点与优势  12-13
  1.3 国外光伏产业的现状及发展  13-15
  1.4 国内光伏产业的现状及发展  15-17
  1.5 本课题内容介绍  17-19
第2章光伏电池的研究与分析  19-28
  2.1 光伏电池的原理  19-22
    2.1.1 光伏电池的光伏效应  19-20
    2.1.2 光伏电池的物理模型  20-22
  2.2 光伏电池的输出特性及其影响因素  22-26
    2.2.1 光伏电池的I-V和P-V特性曲线  22
    2.2.2 光伏电池的主要参数  22-24
    2.2.3 太阳的光照强度对光伏电池转换效率的影响  24-25
    2.2.4 温度对光伏电池输出特性的影响  25-26
  2.3 本系统所采用的光伏电池  26-27
  2.4 本章小结  27-28
第3章太阳能电池阵峰值功率的MPPT算法研究  28-39
  3.1 光伏系统的最大功率点跟踪  28-30
    3.1.1 最大功率点跟踪  28-29
    3.1.2 最大功率点跟踪的基本原理  29-30
  3.2 最大功率跟踪控制的算法  30-33
    3.2.1 模糊逻辑控制法  31-33
    3.2.2 常规控制算法的分析总结  33
  3.3 太阳能最大功率点追踪控制算法  33-38
    3.3.1 自适应算法  34-35
    3.3.2 自适应模糊控制器  35-38
  3.4 本章小结  38-39
第4章太阳能电站充放电控制器硬件设计  39-51
  4.1 控制器系统简介  39-40
  4.2 控制器核心系统电路设计  40-43
    4.2.1 ARM7最小系统介绍  40-41
    4.2.2 电源电路和复位电路设计  41-42
    4.2.3 存储器电路设计  42-43
  4.3 控制器电源部分电路  43-44
  4.4 MOS管驱动电路分析  44-46
  4.5 电流采样电路分析  46-47
  4.6 GPRS通信模块电路设计  47-49
  4.7 本章小结  49-51
第5章基于SPWM波的正弦波逆变器的研究  51-81
  5.1 PWM波形工作基本原理  51-53
  5.2 SPWM波的生成原理分析  53-57
    5.2.1 自然法生成SPWM波  53-54
    5.2.2 规则采样法生成SPWM波  54-55
    5.2.3 单相SPWM逆变器数学模型  55
    5.2.4 PWM型逆变电路的控制方式  55-56
    5.2.5 逆变器输出电压的谐波分析  56-57
  5.3 逆变电源系统DC/DC部分的设计  57-65
    5.3.1 电路拓扑结构确定  57-58
    5.3.2 推挽电路工作原理  58-62
    5.3.3 推挽变换器控制电路设计  62
    5.3.4 推挽变换器反馈部分设计  62-64
    5.3.5 变压器的设计  64-65
  5.4 逆变电源系统DC/AC部分的设计  65-80
    5.4.1 逆变主电路架构及功能  65-66
    5.4.2 桥式逆变器数学模型  66
    5.4.3 全桥逆变器数学模型  66-69
    5.4.4 逆变电源主电路图  69-70
    5.4.5 三角波产生电路  70-73
    5.4.6 标准正弦波产生电路  73-74
    5.4.7 SPWM产生电路  74-76
    5.4.8 闭环控制电路  76-80
  5.5 本章小结  80-81
结论  81-83
参考文献  83-87
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  87-88
致谢  88

基于ARM的太阳能电站控制器的研究

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