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【6h】

带储能装置的太阳能光伏供电系统的研究与设计

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摘要

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附表索引

第1章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 太阳能光伏系统简介

1.3 太阳能光伏发电原理

1.3.1 太阳能光伏电池原理

1.3.2 太阳能光伏电池数学模型

1.4 储能装置介绍

1.4.1 储能电池的分类

1.4.2 电池充电方式

1.4.3 充放电保护电路

1.5 国内外研究现状

1.6 存在的问题

1.7 研究内容

1.8 论文结构

第2章 双向DC-DC变换电路设计

2.1 DC-DC变换器的拓扑结构

2.1.1 降压型DC-DC变换器

2.1.2 升压型DC-DC变换器

2.1.3 双向DC-DC拓扑

2.2 双向DC-DC变换器的设计

2.2.1 双向Buck-Boost变换器工作原理

2.2.2 双向DC-DC变换器总体设计方案

2.2.3 双向DC-DC变换器主电路设计

2.2.4 控制电路设计

2.2.5 采样电路设计

2.2.6 PWM驱动电路的设计

2.2.7 电感参数的计算

2.2.8 输出滤波电容参数的计算

2.2.9 AD采样的选择

2.2.10 提高效率的办法

2.3 双向DC-DC变换器软件系统设计

2.4 本章小结

第3章 DC-AC逆变电路设计

3.1 光伏逆变器的拓扑结构

3.1.1 隔离型光伏逆变器结构

3.1.2 非隔离型光伏逆变器结构

3.2 微型光伏逆变器

3.3 光伏逆变系统的设计

3.3.1 系统总体方案设计

3.3.2 DC-AC逆变器拓扑

3.3.3 DC-AC主电路设计

3.3.4 最大功率跟踪电路设计

4.3.5 电压、电流采集电路设计

3.3.6 欠压、过流保护设计

3.3.7 主控程序

3.4 本章小结

第4章 AC-DC功率因数校正电路设计

4.1 总体设计方案

4.1.1 方案的论证与选择

4.1.2 总体方案设计

4.1.3 系统总电路图

4.2 主电路的设计

4.3 输入端功率测量电路的设计

4.4 输出端功率测量电路的设计

4.5 过流保护电路的设计

4.6 提高效率的办法

4.7 电路主程序设计

4.8 本章小结

第5章 整机系统测试结果及分析

5.1 双向DC-DC模块测试

5.2 DC-AC逆变模块测试

5.3 AC-DC功率因数校正模块测试

5.4 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文

附录B 攻读硕士学位期间获得的专利

附录C 攻读硕士学位期间主持的科研项目

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摘要

随着工业的发展,化石能源的存量越来越少,而且伴随着带来很多环境问题,因此寻求一种新能源变得越来越迫切。作为一种取之不经、用之不竭的干净能源,太阳能光伏发电在新能源发展中的地位越来越突出,所以对太阳能光伏发电装置的研究有着很重要的实际意义。本文采用单片机为控制核心,对比研究了光伏供电系统中各个环节模块,并在此基础上分析并设计了太阳能光伏供电模拟系统。该系统不仅可以用于光伏供电系统,通过电路和参数的修改,还可应用于便携式太阳能移动电源,UPS电源以及太阳能电动车等领域。
  首先本文在查阅了大量相关文献资料后,对太阳能光伏发电的相关文献进行了综述,得到了本文的研究的背景和意义,分析了国内外的研究现状、存在的问题,并最终得到了本文总的系统设计方案以及本文的设计目标。
  其次,对太阳能光伏发电的原理进行了研究,由太阳能光伏电池的数学模型建立仿真模型,得到仿真结果,并以此对太阳能电池的输出特性进行了分析和总结。
  再次,对太阳能光伏系统的核心模块进行了研究和设计。对双向DC-DC模块、DC-AC逆变模块、AC-DC功率因数校正模块的拓扑结构进行了对比研究,利用单片机内自带的PWM功能对功率管进行开关控制,使外围电路简单;提出了一种PID算法对PWM进行调节,大大提高了系统的运行速度和精度;从提高系统精度和效率出发,对采样电路、放大电路、控制电路等主要电路以及元器件的选型和参数选择都做了详细的分析与设计;提出了一种基于最大功率传输理论的MPPT技术并设计了最大功率跟踪电路;对软件的主要程序流程做了分析和设计。
  最后,本文搭建了整机的模拟测试电路,并对电路进行了相关测试,测试结果表明系统各模块的技术指标都很高,验证了理论设计的正确性。

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