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1、题目：光伏发电太阳能路灯系统研究,专 业：电力电子与电力传动,绪论 光伏发电路灯系统设计 太阳能电池特性与MPPT控制 蓄电池充电控制 光伏系统正弦波逆变器 基于TMS320LF2407的控制系统软硬件设计 总结与展望,绪论,背景光伏发电系统与其他发电系统相比具有许多优点： 光伏发电不产生任何废弃物，没有污染、噪声等公害，对环境无不良影响，是理想的清洁能源； 光伏发电系统建设周期短 ; 太阳能随处可得，可就近供电，不必长距离输送，因而避免了输电线路等电能损失； 太阳能不用燃料，运行成本很小； 太阳能取之不尽，用之不竭，每天照射到地球上的太阳能是人类消耗的能6000倍。光伏发电安全可靠，不会遭受
2、能源危机或燃料市场不稳定的冲击。,绪论,太阳能路灯光伏系统研究现状,近年来，国际上太阳能光伏发电技术在许多方面取得突破。太阳能电池性能和可靠性有了很大提高，成本和售价不断下降，有经济效益的应用范围不断扩大，市场迅速发展，产业已达到规模化、自动化阶段。光伏发电的竞争力越来越强。预计不久就可以成为火力发电的主要竞争者，前景十分广阔。 太阳能路灯以太阳能为能源,白天充电,晚上工作.无须铺设复杂,昂贵的管线.可任意调整灯具的布局.完全节能无污染.充电及开关过程无须人工操作, 节省电费免维护，太阳能路灯的实用性已充分得到人们的认可。,所做的工作 整体方案的设计 最大功率点跟踪的研究与设计 蓄电池及其控制
3、 光伏系统正弦波逆变器 控制系统设计,绪论,光伏路灯系统整体方案设计,光伏路灯系统整体方案设计,控制器整体结构,光伏路灯系统整体方案设计,太阳能电池容量的计算,其中0.8为安全系数，0.9为逆变器效率 选择电压34.4V4.51(A)的太阳能电池5个并联，其输出峰值功率775W。,光伏路灯系统整体方案设计,蓄电池容量的计算,其中0.8为安全系数，0.9为逆变器效率 500A.h的蓄电池即可。,由前面的计算可知，一日所必须的电流量为114.62A.h,连续阴雨天为2天，由于蓄电池每天重复充放电，因此放电深度取0.7，蓄电池容量为：,太阳能电池特性与MPPT控制,光伏电池的物理模型,光伏电池的物理
4、模型基于电子学理论得出的最基本的解析表达式,太阳能电池特性与MPPT控制,光伏电池的电气特性,光伏电池在标准条件下的I-V和P-V特性曲线,图3-3 光伏电池在,太阳能电池特性与MPPT控制,光伏电池最大功率点跟踪方法（1）,恒电压法(constant voltage Tracking，简称CVT),太阳能电池特性与MPPT控制,光伏电池最大功率点跟踪方法（2）,扰动观察法(Perturbation & observation),太阳能电池特性与MPPT控制,光伏电池最大功率点跟踪方法（3）,增量电导法(Incremental Conductance Algorithm),太阳能电池特性与MP
5、PT控制,跟踪方法比较,太阳能电池特性与MPPT控制,光伏电池MPPT 算法实现,极值搜索控制流程原理图,太阳能电池特性与MPPT控制,光伏电池MPPT 算法实现,极值搜索算法的4种情形,太阳能电池特性与MPPT控制,光伏电池MPPT 算法实现,系统整体概图,太阳能电池特性与MPPT控制,光伏电池MPPT 算法实现,MMPT算法流程图,太阳能电池特性与MPPT控制,仿真方案 仿真实验时，PV模型采用无锡尚德太阳能电力有限公司生产STP1555-24/Ab型单晶硅太阳能电池组件，每块组件的参数如表所示。仿真时，采用ode23tb(Stiff/TRBDFZ)算法。由于使用了三角波发生器模块，为了产
6、生规则的三角波输出并生成正确的20kHzPWM波形，最大仿真步长应为小于5e-5，相对误差允许范围为1e-4，绝对误差范围为自动调节。MPPT控制子系统的采样周期设置为0.0005秒。本系统中铅酸蓄电池选择电压24V、容量为500AH的蓄电池组。考虑到系统的实际应用，动态响应时间要求在几秒内即可达到要求，稳态效率则要求尽可能高，本文设定太阳能电池阵列输出端电压波动范围为0.4V/秒。,太阳能电池特性与MPPT控制,仿真结果,系统稳态图,太阳能电池特性与MPPT控制,仿真结果,系统从启动到稳态到光强波动,太阳能电池特性与MPPT控制,总结根据太阳电池的物理数学模型,建立了一种综合了机理模型和经验
7、模型的优点的太阳电池阵的Matlab仿真工程用模型；利用极值搜索方法的实时MPPT控制原理，设计了一个太阳电池最大功率跟踪的动态系统。仿真结果表明，在不同光强、温度等工作情况下，该系统可以很好地跟踪太阳电池的最大功率点，可应用光伏发电系统。,蓄电池充电控制,概述 储能是光伏发电系统中的重要部分，尤其当光伏系统作为独立系统运行时，储能环节更是不可缺少的组成部分。从方便，可靠，价格等综合因素考虑，多数大中型的光伏发电系统都采用免维护式铅酸蓄电池作为储能元件。和其他电池相比，铅酸蓄电池的性能价格比仍有很大优势，特别是作备用电源、储能电源和动力电源等应用领域，由于铅酸蓄电池容量大、自放电率低、结构紧凑
8、、大电流放电性能好、无记忆效应、价格使宜、寿命长、免维护等优越性，因此本文选用铅酸蓄电池。,蓄电池充电控制,蓄电池的基本特性 蓄电池的自放电； 蓄电池的使用寿命； 蓄电池的运行方式 ； 蓄电池的充电 。,蓄电池充电控制,蓄电池充电策略的选择20世纪60年代末期，美国科学家马斯(Mascc)提出了以最低出气率为前提的蓄电池可接受充电电流曲线,蓄电池可以接受的曲线,蓄电池充电控制,蓄电池充电策略的选择,蓄电池的四个充电过程,蓄电池充电控制,充电主拓扑电路原理,MPPT充电控制器原理框图,蓄电池充电控制,驱动电路,IR2110 典型接线图,蓄电池充电控制,驱动电路小结 IR2110可驱动不同种类的电
9、力电子变换器,其自举式供电方式节省印刷扳面积、减少了驱动电源数目,因之得到广泛应用。驱动的关键是自举电容的上电问题,若采用两路独立隔离电源供电固然可靠,但没有充分利用应有的资源和特点。如何保证自举电容充电到8.3V 以上是可靠驱动IR2110的关键。,光伏系统正弦波逆变器,逆变器主电路,推挽式高频环节逆变器,光伏系统正弦波逆变器,推挽变换器,推挽DC/DC变换,光伏系统正弦波逆变器,推挽变换控制电路设计,电流反馈原理图,光伏系统正弦波逆变器,PWM控制芯片 本系统采用了UC3846作为推挽变换器的控制芯片。,UC3846控制芯片结构框图,光伏系统正弦波逆变器,PWM控制芯片控制电路连接,UC3
10、846连接原理图,光伏系统正弦波逆变器,PWM控制芯片电路参数1端电压用R4，电阻分压器从取得。电压误差放大器的同向输入端由R2, R3对Vref分压来获得。对主电路来的反馈电压，由C3及R8和电压误差放大器组成了电压环的PI调节器。驱动电路：推挽电路中两个功率管共地，可以直接用UC3846输出端去驱动。,UC3846为双路输出，死区时间由振荡器的下降沿决定,光伏系统正弦波逆变器,变压器设计 输入： 1830V 工作频率为： 100kHz 输出功率为： 300W 输出电压为： 350V 额定负载时变换效率： 90%,光伏系统正弦波逆变器,变压器设计,（1）开关电源变压器计算功率的计算 ：,（2
11、）确定工作磁感应强度 ： 本系统选用R2KD材料，工作磁感应强度选0.2,（3）选择电流密度系数 ： 电流密度选366A/cm2,（4）窗口占空系数 ： 本文按0.4计算,光伏系统正弦波逆变器,变压器设计,（5）计算磁芯面积乘积、确定磁芯尺寸 ：,查表可选EC35,磁芯有效截面积：铁芯窗口面积 ：,光伏系统正弦波逆变器,变压器设计,（6）初级绕组匝数：,（7）次级绕组匝数 ：,取 W1=4,取 W2=78,光伏系统正弦波逆变器,变压器设计,（8）选择导线 ： A 确定电流密度,B 根据变压器各绕组工作电流和确定的电流密度来选择导线规格,原边电流：,副边电流：,光伏系统正弦波逆变器,变压器设计,
12、（8）选择导线 ： C 穿透深度： 由于趋肤效应，交变沿电流导线表面开始能达到的径向深度。,本文采用圆铜导线：,其中： 是穿透深度，mm；是角频率， ；是导线的磁导率， ；是导线的电导率 ，,光伏系统正弦波逆变器,变压器设计,（8）选择导线 ： 选取标称直径为0.4mm的铜线，漆包线最大外径0.46mm，其铜心截面积,原边取108根该线绕制,副边取6根该线绕制,（9）校核 ：,变压器设计合理,光伏系统正弦波逆变器,逆变电路,单相逆变等效主电路,光伏系统正弦波逆变器,逆变电路 SPWM的调制方法,单极性SPWM控制方式规则采样示意图,光伏系统正弦波逆变器,逆变电路 推挽升压环节仿真实现,推挽高频
13、升压建模,光伏系统正弦波逆变器,逆变电路 推挽升压环节仿真实现,推挽高频升压建模,光伏系统正弦波逆变器,逆变电路 推挽升压环节仿真实现,推挽高频升压输出电压与Z3管电压略图,光伏系统正弦波逆变器,逆变电路 推挽升压环节仿真实现,推挽高频升压Z3管电压图,光伏系统正弦波逆变器,逆变电路 推挽升压环节仿真实现,推挽高频升压电路变压器端电压图,光伏系统正弦波逆变器,逆变电路 逆变环节仿真实现,单极性SPWM逆变器建模,光伏系统正弦波逆变器,逆变电路 逆变环节仿真实现,SPWM逆变器负载端电流电压略图,光伏系统正弦波逆变器,小结 本方案采用带隔离变压器的推挽电路实现直流升压。利用逆变器完成交流电的变换。与蓄电池输出电压直接逆变后用工频变压器升压相比，减小变压器体积和重量，实现小型化和轻量化。但是功率开关器件的高频开关带来了开关损耗比较严重。,基于TMS320LF2407的控制系统软硬件设计,硬件总体结构设计,控制总体框图子系统,由于DSP的通用性，硬件设计不再赘述,基于TMS320LF2407的控制系统软硬件设计,软件总体结构和功能模块设计 主程序流程,
