【正文】 ....... 15 MPPT 算法的優(yōu)化及實現(xiàn) ...................................................................................... 15 本章小結(jié) ................................................................................................................. 17 4 蓄電池充電管理 ................................................................................................................ 18 鉛蓄電池的充電特性 ............................................................................................. 18 鉛蓄電池的充電方法 ............................................................................................. 19 5 光伏發(fā)電功率變換器的硬件實現(xiàn) .................................................................................... 21 電源系統(tǒng)的設計 ..................................................................................................... 21 驅(qū)動電路設計 ......................................................................................................... 24 主回路的選擇與設計 ............................................................................................. 26 電壓電流檢測電路的設計 ..................................................................................... 27 輸出濾波電路的設計 ............................................................................................. 28 連續(xù)工作模式電感的設計 .......................................................................... 28 輸出電容選擇與設計 .................................................................................. 29 本章小結(jié) ................................................................................................................. 30 6 實驗測試與結(jié)果 ................................................................................................................ 31 功率損耗分析 ......................................................................................................... 31 帶負載測試 ............................................................................................................. 33 武漢科技大學本科畢業(yè)設計 IV 本章小結(jié) ................................................................................................................. 34 7 總結(jié)與展望 ........................................................................................................................ 35 參考文獻 .................................................................................................................................. 36 致 謝 .................................................................................................................................. 38 附錄 A 系統(tǒng)原理圖 ................................................................................ 錯誤 !未定義書簽。據(jù)統(tǒng)計，目前各種發(fā)電方式的碳排放率 (g／ kW． h)如下：煤炭發(fā)電為 275g／ kW我國有 2／ 3 以上的地區(qū)太陽能輻射總量高于)/(5016 2 amMJ ?且年日照時間超過 2021h 以上，尤其是在西部地區(qū)更為豐富，對于緩解當?shù)仉娏T乏有著重要意義。O)、導納增量法 (INC)、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡 (Neutral Network)、滑?？刂?(Slide Mode Contr01)、最優(yōu)梯度法、 RCC(Ripple Correlation Contr01)，基于狀態(tài)的 MPPT(Statebased MPPT)，線性電流控制法，負載電壓或電流最大化法等。采用 Buck 同步整流變換器和微控制器實現(xiàn)光伏電池 MPPT 控制及蓄電池的能量管理，最后完成原型樣機參數(shù)分析與計算、元器件的選型及功能性測試，功率變換器設計結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。這樣，在 PN 結(jié)兩端便產(chǎn)生了電動勢，也就是通常所說的電壓。 根據(jù)特性曲線可以定義出太陽電池的幾個重要技術(shù)參數(shù)： (1)短路電流 ( scI )：在給定溫度日照條件下所能輸出的最大電流； (2)開路電壓 ( ocV )：在給定溫度日照條件下所能輸出的最大電壓； (3)最大功率點電流 ( mI )：在給定溫度日照條 件下最大功率點上的電流； (4)最大功率點電壓 ( mV )：在給定溫度日照條件下最大功率點上的電壓； (5)最大功率點功率 ( mP )：在給定溫度日照下所能輸出的最大功率為 mmm VIP ?? 。因此光伏發(fā)電系統(tǒng)必須采用相關(guān)電路和控制方法對輸出功率加以控制使其輸出最大功率。A 點，這樣就偏離了相應日照強度下的最大功率點。39。采用恒定電壓跟蹤恒壓控制與直接匹配的功率差值在圖中可以視為曲線 L 與曲線 mUU?之間的面積。以單晶硅光伏陣列為例，當環(huán)境溫度每升高 1℃ 時，其開路電壓下降率為 % %。由表 可知，只要在每個開關(guān)周期內(nèi)只發(fā)生一次采樣，當參與運算的數(shù)據(jù)不是平均值而是瞬時電壓值和瞬時電流值時規(guī)則一樣成立。以圖 為例說明：假設系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)，光伏陣列工作電壓在 maxP 點左右波動，當日照強度突然增加時，光伏陣列輸出功率增加，這時如果參考電壓偏移到 1的位置，則系統(tǒng)會認為此 時參考電壓調(diào)整的方向與功率變化的方向相同，而繼續(xù)增大參考電壓使工作點移動至位置 2，導致工作點進一步遠離最大功率點。缺點為算法較復雜而且在調(diào)節(jié)工作點電壓的電導增量法中，當光照強度快速變化時，調(diào)節(jié)方法會出現(xiàn) “誤判 ”的情況，理 論上該方法跟蹤精度高，但由于傳感器的精密度等因素，此法在實際應用中仍有誤差存在。電導增量法只需要采樣太陽能電池電壓和電流，最多計算一次電導增量，它在下一時刻的變化方向完全取決于在該時刻的電導的變化率和瞬時負電導值的大小關(guān)系，而與前一時刻的工作點電壓以及功率的大小無關(guān)，因而能夠適應日照強度地快速變化，相對于常用的恒壓跟蹤法和擾動觀測法，其控制精度更高。同時，通過比例積分（ PI）調(diào)節(jié)器進行電壓跟蹤，使實際電壓能夠快速準確地穩(wěn)定在期望值上 ??? tp edtSeKU 00exp （ ） 只有在電壓跟蹤實現(xiàn)后進行電壓電流的采樣和功率反饋，才能避免因采樣數(shù)據(jù)不準確而產(chǎn)生誤判，而通過恒壓跟蹤法可以很容易測試 PI 調(diào)節(jié)特性和實際電壓的跟蹤能力。但是，在較短的工作時間內(nèi)，由上 第二章節(jié) 的分析可知，當 PV 陣列的工作條件沒有出現(xiàn)大的變化時，認為 PV 陣列的輸出電壓保持不變是合理的。 鉛蓄電池的充電方法 鉛蓄電池充電方法按充電電流或電壓的數(shù)值變化情況不同，可分為恒流充電、恒壓充電和分段充電三種，其中以分段充電較為合理。 充電后期（ cd 段），剩下的硫酸鉛已經(jīng)不多，而且一般都難以還原，輸入的電能逐步用來電解水，正極產(chǎn)生氧氣，負極產(chǎn)生氫氣，有的附著在極板上，有的形成氣泡逸出，當氫氣和氧氣附著在極板上時，產(chǎn)生氣體電極電位，形成附加電動 勢，使電壓又迅速上升，此后，當電流全部用于電解水時，電動勢和電壓不再升高，充電過程就結(jié)束了。 但是芯片 MC34063 效率并不高，其的極性反轉(zhuǎn)效率最高 65%，升壓效率最高 90%，降壓效率最高 80%，變換效率和工作 頻率濾波電容等成正比，會降低整個系統(tǒng)的工作效率。 aabbt? t? t? 圖 不加死區(qū)的 PWM 輸出波型 所以在控制信號中必須設置死區(qū)時間 t? ，以保證在一只開關(guān)管關(guān)斷后，另一只開關(guān)管才能導通， 在實際電路設計中，一般設定死區(qū)時間為 500ns 至 1us（如圖 ） 。用同步整流就不用擔心工作模式的改變（模式改變不利于變換器的穩(wěn)定），或者最小電感取多少，才能保證變換器工作于電流連續(xù)模式。 將電感的選擇為保證直流輸出，電流波動小于最大輸出電流的 10%，且電感電流保持連續(xù)，若設開關(guān)管開通時輸出電流為 onI ，則有最小連續(xù)電流 onO II (min) ? ，斜坡電流為 onIdI ? ，由此可得有 LTVVLTVdI onoutdconL /)(/ ??? （ ） 式中 dcV 為開關(guān)管輸出電壓， outV 為系統(tǒng)輸出電壓，所以 ononoutdconoutdc I TVVdI TVVL )()( ???? （ ） 式中， dcouton VTVT /? ，且 dcV 和 onI 是設計中確定的額定值，則 ondcoutoutdc IV TVVVL )(5 ?? （ ） 設最大輸出電流為 10A 輸出電壓為 12~，開關(guān)管最大輸出電壓為 22V，開關(guān)頻率為 40KHZ，因此， L 由公式 ()計算可得 HL ?8240 0001022 12)1222(5 ??? ?? （ ） 而在本設計中，選擇了 H?100 的電感，足夠保持電流連續(xù)，且電感輸出電流紋波AIdI on ?? 。導通損耗與平均直流電流有關(guān)，因此相對容易計算。 1Q 電流從零上升到 0I 的同時， 1Q 電壓從最大值 dcV 下降到零，導通期間平均功率為 ? ?? onT dcoonon VIIV d TTTP 0 6/1)( () 而整個周期的平均功率為 )/)(6/( 0 TTVI ondc 。由表 可知，當使用功率變換器進行 MPPT 時，可以顯著提高光伏電池板的輸出功率。 在本設計中，為了提高功率變換器的整體性能，在設計過程中，對電導增量法中的一些判定條件都進行了適當?shù)母纳?，比如，通過限定 電壓跟蹤精度來保證準確反饋，通過設定閥值來改善最大功率點附近的振蕩，這些設計都無疑使電導增量法 得到了有力的改善。其中主 電路涉及到高端 MOSFET 驅(qū)動，驅(qū)動電路相對復雜，而且由于采用同步整流，且輸出端為電池類負載，需要多路帶死區(qū)時間的 PWM輸出來控制，控制方式相當復雜。由最大功率傳輸定理我們可知， 當負載電阻與含源一端口的輸入電阻相等時獲得最大輸出功率，在此次試驗中輸出電壓為電源電壓一半，滿足了最大功率傳輸定理。由于在很寬的范圍內(nèi)，開關(guān)管的導通壓降均為 1V，所以導通損耗可表達為 oo ffoonode ITTITTIQLQLP ????? 11)()( 21 （ ） 若忽略開關(guān)損耗，則與導通相關(guān)的效率為 10 0 ?????? out outoo