太阳能路灯控制器策略研究开题报告.doc

1、华侨大学本科毕业论文(设计)开题报告学院：机电及自动化学院专业班级：09测控2班 姓名陈朋 学号0911212003指导教师叶瑞芳职称学历讲师博士课题名称 太阳能路灯控制器系统控制策略研究设计（论文）类型（划）工程设计应用研究开发研究基础研究其它1、本课题的的研究目的和意义：通过对太阳能电池板的输出特性、蓄电池的充放电特性以及大功率LED路灯驱动电路的研究，设计了一种太阳能路灯控制器。 控制器是以单片机为核心，以DC/DC 变换电路为硬件基础，以PWM 技术为手段调节输出电压和电流，采用MPPT算法以及蓄电池充放电控制算法,极大突显了太阳能LED 路灯系统的环保节能优势及应用前景。 本文设计的

2、太阳能LED 路灯控制器，先对太阳能电池输出和蓄电池电量等参数进行检测确定系统工作状态，利用最大功率点跟踪MPPT 算法实现电能的最大化收集，在电能的储备完成后，利用PWM 技术调节蓄电池的充放电以进一步节能，从而实现了整个系统的自动控制和智能能量管理，更有利于太阳能路灯的应用推广。文献综述（国内外研究情况及其发展）：目前经常使用的MPPT算法可以分为以下几种:(1)恒定电压控制法2 我们知道,太阳能电池的最大功率点电压是其开路电压的78%左右。确定最大功率点时,先将负载断开,通过对开路电压进行采样和保持以作为控制部分的参考电压值。因为太阳能在光照条件相似的情况下其最大功率点的电压变化不大,接

3、近于恒定,因此这种方法对日照和环境变化不大的地区比较适用。这种方法的优点是实现起来比较容易且成本低廉,但是其误差比较大。(2)曲线拟合法3 这是先将太阳能电池组件的输出特性测量出来,同时用数学表达式进行描述的方法。其方法的缺点是受限于复杂因素的影响,比如温度!老化以及电池的击穿等,不容易测量。(3)导纳微分法3 这种方法也被称为增量电导法。它认为在太阳能电池阵列的最大功率点处,输出功率对输出电压的一阶导数为零。所以当环境的光强发生变化时,就可以根据dI/dV的运算结果是否和-I/V相等来判定是否需要继续对输出电压进行调整, 这样就实现了最大功率点的跟踪。(4)扰动观察法4 扰动观察法是截止目前

4、最为成熟且应用最大的方法。其基本思想就是控制充电电路开关信号的占空比,使之增大或者减少,从而改变电路的输出功率,根据功率的变化来决定对占空比的控制,是让其减小还是让其增大。在结构图中,扰动观察法不需要太多的硬件电路,A/D转换器需求的较少,因此制造时可以大大节省成本。但是这种方法也存在一些缺点,比如在对最大功率点进行跟踪的过程中,响应速度不能根据大气条件的迅速改变而进行相应调整,使得跟踪的速度变慢,引起功率的损失。 上面所介绍的四种方法,总结起来,各有利弊,都不能够同时具有成本低、稳定性高、追踪速度快等特点。比较起来,第一种方法只能对最大功率点的位置进行粗略估计,当光强变化到非常大或非常小时将

5、会产生较大的误差。第二种方法使用前必须要弄清楚当地的环境和气候,同时还要对太阳能电池的工作状态进行实际测量,因此可移植性比较差。第三种方法对系统的检测精度要求较高,在一般的单片机系统中无法实现。通过分析比较,本课题采用了第四种方法,即首先判定当前的工作点是不是最大功率点,然后再根据判断结果来决定是否要继续调整,以及调整的方向。2、 本课题的主要研究内容（提纲）和成果形式：（1）研究利用扰动法来追踪太阳能最大功率点。（2）太阳能LED路灯两个主要功能设计，第一通过太阳能给蓄电池充电；第二由蓄电池向LED路灯供电提供能量。在此需要根据检测到的太阳能电池与蓄电池的电压来控制蓄电池的充放电。（3）蓄电

6、池的充电控制主要有三个过程:主充、均充和浮充，这三个自动阶段主要是实现了三方面的功能，第一个功能是能够实现从充电状态到放电状态的转换，第二个功能是能够实现充电程序判断，第三个功能是能够实现停充控制。（4）建立太阳能电池板模型，并根据模型设计太阳能电池板最大功率点跟踪算法。成果形式：仿真模型+实物3、 拟解决的关键问题：1. 根据测量的蓄电池的电压值，选择不同的充电方式。2. 通过功率或者电流的比较来确定最大功率点从而使太阳能电池板保持在最大功率下工作。3. 用PWM控制功率管的导通与闭合从而获得最大功率点处的电压来为蓄电池充电。4. 太阳能电池的特性仿真分析。5、研究思路、方法和步骤： 本系统

7、工作方案拟定为：当太阳能照明系统处于充电状态时,要考虑到两个方面的内容:一是保持太阳能电池输出功率达到最大，二是要考虑到处于不同电量时，蓄电池的电流接受能力。所以，充电电路在设计时,要根据蓄电池的不同状态，对应采取不同策略进行控制。本课题在研究时，以单片机为控制核心，综合设计太阳能电池!蓄电池以及LED，优化了太阳能电池与蓄电池的组合,分析了太阳能电池最大功率点跟踪技术(MPPT)，对蓄电池容量进行预测和对蓄电池充电进行精确控制，以期达到提高太阳能照明效率，延长蓄电池寿命以及系统运行稳定的目的。开始取太阳能电池板电压V1V13关灯取蓄电池电压V2取V1V1V2+2V213.613.6V214.

8、414.4V214.8返回取蓄电池电压V2V211.2调用蓄电池供电程序调用MPPT程序调用恒压充电程序调用浮充电程序不充电调用市电供电程序NYNNY 太阳能系统总体控制框图设计的特色与创新点智能控制系统是以单片机为核心辅以逻辑控制电路来实现系统中太阳能电池最大功率点跟踪(MPPT)，蓄电池容量预测和蓄电池充电精确控制,以满足太阳能照明系统在不同工作状态下的稳定运行与准确切换的要求，从而提高太阳能照明系统效率,确保系统运行稳定,并延长蓄电池的寿命。6、本课题的进度安排：2012年12.30至2013年02.25完成外文文献翻译2012年02.26至2013年04.15完成mppt与蓄电池充放电

9、策略选择。2013年04.16至2013年05.05完成控制器整体设计及太阳能电池板仿真模型设计。2013年05.06至2013年05.15完成论文的书写。7、参考文献：1 贺敬凯, 刘德新, 管明祥.单片机系统设计、仿真与应用：基于Keil和Proteus仿真平台M. 西安电子科技大学出版社, 2011.2王宁，翟庆亮，徐亮.一种中小型光伏系统MPPT的算法研究J.现代电子技术.2009，33（6）3李海霞.太阳能LED路灯控制器的设计D.郑州：郑州大学，2011. 4 禹华军,潘俊民.光伏电池输出特性与最大功率跟踪的仿真分析J.计算机仿真, 2005, 22(26) : 248-252.5

10、 崔开涌, 陈国呈,等.光伏系统最大功率点直接电流跟踪策略J.电力电子技术, 2008, 42(9):27-28,41. 6谢力. 太阳能LED路灯控制系统的研究D. 北京交通大学, 2011.7朱佳辉.基于FPGA的嵌人式32位RISC微处理器的设计和应用实现D.北京:北京工业大学,2002.8邹雪成.VLSI设计方法与项目实施M.北京:科学出版社,2007.9田耘.xFPoA开发指南逻辑设计篇J七京:人民邮电出版社,2008.10周志敏编著.LED驱动电路设计与应用M.北京:人民邮电出版社,200711 C. Hua, J. Lin, and C. Shen, Implenation of

11、 a DSP-controlled photovoltaic system with peak power tracking IEEE Trans. Ind. Electron.1998,45(1): 76376412 Weidong Xiao, William G.Dunford. A Modified Adaptive Hill Climbing MPPT Method for Photovoltaic Power Systems. IEEE Transactions on PowerElectronics.2004,15(3): 1957196313Nicola Femia, Giova

12、nni Petrone, Giovanni Spagnuolo,Massimo Vitelli.Optimization of Perturb and Observe Maximum Power Point TrackingMethod. IEEE Transactions on Power Electronics.2005,20(4): 96397314 Su Jianhui, Yu Shijie, Zhao Wei, etc, Investigation on engineering analytical model of silicon solar cell, Acta Energiae Solaris Sinica.2001,7(4):40941215 Nobuyoshi Mutoh, Takatoshi Matuo, Kazuhito Okada,Masahiro Sakai.Predicion Data Based Maximum Power Point Tracking Method for Photovoltaic Power Generation Systems. IEEE Transactions. 2002,34(3):148914948、指导教师意见： 指导教师（签名）： 年 月 日9、所在系意见：负责人（签名）： 年 月 日不够填写可续页