基于BOOST-BUCK控制器的低压控制系统尹龙开题报告4

毕业设计 ( 论文 ) 开题报告题 目： 基于 BOOST-BUCK控制器的低压控制系统学 院： 电气与信息学院专 业： 电气工程及其自动化学生姓名： 尹龙 学 号： 200701010230 指导老师： 李祥来2011 年 03 月 25 日开题报告填写要求1．开题报告（含“文献综述” ）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。 此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效。2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按此电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。3． “文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内， 学生写文献综述的参考文献应不少于 10篇（不包括辞典、手册） ，其中至少应包括 1 篇外文资料；对于重要的参考文献应附原件复印件，作为附件装订在开题报告的最后。4．统一用 A4 纸，并装订单独成册，随《毕业设计（论文）说明书》等资料装入文件袋中。毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1． 文献综述： 结合毕业设计 （论文） 课题情况， 根据所查阅的文献资料，每人撰写 2500 字以上的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。文献综述１ .引言煤、石油、天然气等不可再生能源总量随着人们的大量开采而逐步减少，同时利用这些化石能源引起的酸雨、臭氧层破坏以及温室效应等环境问题日益严重。上述制约整个世界经济、社会发展的两大问题催生了对新能源的开发和应用。由于利用太阳能光伏光热效应具有安全可靠、无噪声、无污染、制约少、故障率低、维护简便等优点，是缓解能源紧张的新途径，已经得到了各国政府的极大重视，发展太阳能产业成为各国高度重视并大力推动的方向。，随着电力电子技术的发展，其在新能源开发方面得到了广泛的应用，而由于太阳能发电受环境（如温度和光照辐射强度等）因素的制约，发出的电力质量较差，常常需要储能装置缓冲，需要改善电能质量，这就需要用到电力电子技术，当需要和电力系统并网时，更离不开电力电子技术。2.光伏发电的介绍以及关键技术环节2.1 光伏发电介绍太阳能发电分为光热发电和光伏发电。通常说的太阳能发电指的是太阳能光伏发电，简称“光电”。光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。光伏发电产品主要用于三大方面：一是为无电场合提供电源；二是太阳能日用电子产品，如各类太阳能充电器、太阳能路灯和太阳能草地各种灯具等；三是并网发电，这在发达国家已经大面积推广实施。到 2009 年，中国并网发电还未开始全面推广，不过， 2008 年北京奥运会部分用电是由太阳能发电和风力发电提供的。2.2 光伏发电的关键技术环节光伏发电系统是由太阳能电池方阵，蓄电池组，充放电控制器，逆变器，交流配电柜等设备组成。其部分设备的作用是：太阳能电池方阵在有光照 （无论是太阳光， 还是其它发光体产生的光照） 情况下， 电池吸收光能，电池两端出现异号电荷的积累， 即产生 “ 光生电压 ” ， 这就是 “ 光生伏打效应 ” 。 在光生伏打效应的作用下，太阳能电池的两端产生电动势，将光能转换成电能，是能量转换的器件。太阳能电池一般为硅电池，分为单晶硅太阳能电池，多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池三种。蓄电池组其作用是贮存太阳能电池方阵受光照时发出的电能并可随时向负载供电。太阳能电池发电对所用蓄电池组的基本要求是： a.自放电率低； b.使用寿命长； c.深放电能力强； d.充电效率高； e.少维护或免维护； f.工作温度范围宽； g.价格低廉。充放电控制器是能自动防止蓄电池过充电和过放电的设备。由于蓄电池的循环充放电次数及放电深度是决定蓄电池使用寿命的重要因素，因此能控制蓄电池组过充电或过放电的充放电控制器是必不可少的设备。逆变器是将直流电转换成交流电的设备。由于太阳能电池和蓄电池是直流电源，而负载是交流负载时，逆变器是必不可少的。逆变器按运行方式，可分为独立运行逆变器和并网逆变器。 独立运行逆变器用于独立运行的太阳能电池发电系统， 为独立负载供电。并网逆变器用于并网运行的太阳能电池发电系统。逆变器按输出波型可分为方波逆变器和正弦波逆变器。方波逆变器电路简单，造价低，但谐波分量大，一般用于几百瓦以下和对谐波要求不高的系统。正弦波逆变器成本高，但可以适用于各种负载。由于光伏系统主要问题是电能的转换效率低，因此如何进一步提高太阳能电池的转换效率，如何充分利用光伏阵列转换的能量，一直是光伏发电系统研究的主要的方向，太阳能光伏发电系统的最大功率点跟踪 (MPPT ,Maximum Power Point Tracker ) 就是其中一个重要的研究课题，是太阳能并网发电中的一项重要的关键技术。3.影响光伏发电的主要因素及采取的措施（ 1） 硅材料工艺阳电池的转换效率是影响光伏发电普及的重要因素。由于发电效率低，造成厂太阳能发电的成本是市电的十几倍。目前，单晶硅电池可将约 16％一 20％的入射光线转换转换为电流。在实验室最佳的条件下制作的电池效率已接近 25％。从理论讲．最大转换效率达到 30％共至更高也是可能的。总的来说。对太阳电池在能量转换时的效率影响主要是电学损失和光学损失。（ 2） 最大功率点跟踪 。为了提高太阳电池的转换效率．目前最大功率点跟踪技术日益引入。太阳电池的输出功率随着日照强度和太阳电池表面的温度改变而变化，这种变化使太阳电池的工作点向最大功率点偏离，控制太阳电池产生最大功率控制方式称为最大功率点跟踪控制（ MPPT： Maximum PowerPoint Tracking)。 MPPT 控制使工作电压在每隔一定时问稍微变动，然后测量此时的太阳电池的输出功率与前一次进行比较，就这样反复进行比较使输出始终跟踪太阳电池的最大功率点。目前采用 MPPT 控制的太阳能光伏发电控制系统可使太阳电池的发电效率提高 20％以下， 其技术成本较低， 具有广泛的推广价值。（ 3） 光线自动跟踪用光线自动跟踪的方式，使太阳电池板的朝向精确跟随太阳位置的变化．始终保持太阳能电池板表面与太阳光垂直，办是提高转换效率的方法之一。光线自动跟踪主要有以下几种方案。 (1)匀速跟踪法。其跟踪过程是将固定在极轴上的太阳能电池板以地球内转角速度 15。／ h 的速度转动。即可达到跟踪太阳，保持太阳能电池板平面与太阳光线垂直。 (2)时夺同步法。为了使得太阳光伏电池阵列最大限度地从太阳获取辐射能量，除在选材等问题要考虑外，还要考虑其方位角和倾斜角的选择。困其与时间、季节、当地经纬度等诸多复杂因素有关。 (3)光强比较法。光敏电阻是电阻性传感器，在所受到的光强度发，变化时，其电阻值相应变化，可将光信号转换为电信号。利用微处理器控制相应电机转动，以使得太阳光再次垂直照射到平面上。该方法的特点是，测量精度高、电路简单、易于实现全天候的跟踪。4.光伏发电系统最大功率点的跟踪控制方法DC-DC转换电路 ( 也称为斩波电路或斩波器 ) 是接在直流电源和负载之间 ， 通过控制电压可控的直流输入变为可控的直流输出的一种变换电路。它被广泛应用于直流开关电源、逆变系统、通信领域、地铁、无轨电车等直流电动机的驱动设备中，从工作方式的角度， DC-DC转换电路可分为升压、降压、升降压和丘克四种 ，其中升压式和降压式电路是基本的类型，后面二者可以从前面二者派生出来，而降压、升压和升降压式 DC-DC 转换电路是比较常用的类型 . 。 在实际使用中用 DC-DC变换器实现最大功率点跟踪有不同的方法 ，如控制谐振频率的谐振法、控制 DC-DC 变换器中开关管输入脉冲的占空比等方法。谐振法是利用开关型电压逆变器的输出电压 ，通过电感 L 、电容产生谐振， L 上的电压再通过变压器和桥式整流向蓄电池充电 . 。该方法可以通过改变工作频率来调节输出电压和电流 ，实现最大功率点跟踪 ，但线路较复杂 ，需用中间变压器。将 DC-DC变换器接入太阳能电池的输入回路，并对 DC-DC变换器的输入、 输出电压和电流测量结果通过 DSP或单片机的分析运算，由 DSP或单片机输出 PWM 脉冲调节 DC-DC转换器内部开关管的占空比来控制太阳能电池的输出电流，从而使蓄电池电压保持恒定。同时通过控制开关管的占空比也可调节太阳能电池输出。由于采用了升降压式 (Buck-Boost) DC-DC 转换电路来实现最大功率点跟踪 , 所以该方法电路简单、软硬件结合、控制方法灵活。5.总结本课题是主要是研究基于 Boost-Buck 电路的构成及工作原理在光伏发电中对最大功率点进行跟踪的应用，采用 MPPT(升降压式 DC-DC转换电路 ) 后 , 太阳能电池输出功率的利用率得到明显提高 . 在不同的最大功率点跟踪的方法中 ,DC-DC 转换电路方法简单 , 实用性强 , 效果明显 , 准确性好 . 目前最大功率点跟踪技术一般用在较大的光伏系统或电站 . 随着科技的进步和光伏市场的发展 , 为了有效的利用太阳能 ,最大功率点跟踪技术必将在光伏系统中广泛应用 , 将会取得较大的经济和社会效益 . 参考文献[1] 王兆安，黄俊 电力电子技术（第四版）机械工业出版社， 2002。[2] 杨旭 , 裴云庆 , 王兆安 . 开关电源技术 [M]. 北京 : 机械工艺出版社 , 2004 [3] 陈道炼 , 张友军 , 李磊 . 双极性移相控制高频脉冲交流环节逆变器研究[J]. 电源技术应用 , 2005 [4] 雷元超 , 陈春根 . 滞环比较 PWM 跟踪控制分析 [J]. 水电能源科学， 2004 [5] 胡锦等 . 单片机技术实用教程 . 北京 : 高等教育出版社， 2003 [6] 杨 帆 , 彭宏伟 , 胡为兵《 DC-DC转换电路在光伏发电 MPPT 中的应用》武汉工程大学电气信息学院 , 湖北武汉[7] 侯丽华 . 加快开发太阳能 [J ] . 工业技术经济 ,1999 [8] 宫自强 . 我国太阳能应用的可行性分析 [J ] . 华北航天工业学报 ,2000 [9] 阎继睿 . 光伏发电系统高效逆变器的研制 [J ] . 陕西水力发电 ,2000 ,26 [10] Chi chiang Hua ,Chi ming Shen. Study of maximumpower tracking techniques and cont rol of DC/ DCconverters forphotovoltaic power system [ J ] . IEEEPower Elect ronics Specialist s Conference ( PESC 98) ,1998 ,3 :86 ～ 93. [11] 申翔 苏建徽 张国荣 合肥工业大学能源研究所 5kW光伏逆变电源 DC— DC模块的设计[12] 张占松， 蔡宣三． 开关电源的原理与设计 [M] ． 北京： 电子工业出版社， 2004．[13] 叶慧贞，杨兴洲．新颖开关稳压电源 EM]．北京：国防工业出版社， 1999．[14] 高微 , 单清林 , 朱英 . 基于 UC3842控制芯片的 Boost 变换器的设计 [ J]. 大庆石油学院学报 , 2008, [15] 江帆 , 吴晓波浙江大学 超大规模集成电路研究所 - 《一种新颖的基于扰动观察法的 MPPT控制芯片设计》毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告２． 开题报告： 一、 课题的目的与意义； 二、 课题发展现状和前景展望； 三、课题主要内容和要求；四、研究方法、步骤和措施开 题 报 告一、课题的目的与意义经济的飞速发展对能源供应提出了越来越高的要求， 同时为适应可持续发展的战略目标，能源必须得到有效和充分的利用，太阳能发电作为一种绿色能源技术，在全世界得到了大规模推广，太阳能电池是一非线性电源，而且输出电能受环境温度和光照强度的影响，在一定的光照强度和 环境温度下，光伏电池可以工作在不同的工作电压下， 但是只有在某一特定工作电压下， 光伏电池输 出功率才会是最大值。 为了让太阳能电池在任何温度和太阳光辐照强度下始终工作在最大功率点， 能 够输出尽可能多的电能， 所以必须对太阳能电池进行最大功率跟踪点跟踪。 本设计基于 Boost-Buck 电路的构成及工作原理在光伏发电中对最大功率点进行跟踪的应用， 采用 MPPT(升降压式 DC-DC转换电路 )使太阳能得到最大限度的有效利用。二、课题发展现状和前景展望随着工业文明的不断发展，我们对于能源的需求越来越多，传统的化石能源已经不可能满足要求，为了避免面对能源枯竭的困境，寻找优质的替代能源成为人们关注的热点问题。可再生能源如水能、风能、太阳能、潮汐能以及生物质能等能源形式不断映入人们的眼帘。水力发电座位最早应用的可再生能源发电形式得到了广泛使用，但也有人就其存在的环境问题、安全问题提出过质疑，况且目前水能开发程度较高，继续开发存在一定的困难。风能利用近些年来也是热点问题，但是风力发电存在稳定性不高，噪音大等缺点，大规模并网对电网会形成一定冲击，如何有效控制风能的开发和利用仍然是学术界关注的焦点。在剩下的可再生能源形式当中，太阳能发电技术是最有价值的能源形式之一。太阳能储量丰富，每秒钟太阳要向地球输送相当于 210 亿桶石油的能量，相对于全球一天消耗的能量。我过太阳能资源也相当丰富，除了贵州高原部分地区外，中国大部分地区都是太阳能资源丰富地区， 目前太阳能利用率还不到 1/1000 。 因此我国大力开发太阳能潜力巨大。太阳能的利用分为“光热”和“光伏”两种，其中光热式热水器在我国应用最为广泛。光伏是将光能转化为电能的发电形式，起源于 100 多年前的“光生伏打现象” 。太阳能的利用目前更多的是指光伏发电技术。 光伏发电技术根据负载的不同分为离网型和并网型两种，早期的光伏发电技术受制于太阳能电池组件成本因素，主要以小功率离网型为主，满足边缘地区无电网居民用电问题。随着光伏组件成本的下降，光伏发电成本不断下降预计到 2013 年安装成本可降至 1.5 美元 /wp, 电价成本为 6 美分 /kwh, 光伏发电并网已经成为可能，并网型光伏系统逐步成为主流。三、课题主要内容和要求1、课题的主要内容（ 1） 设计方案论证、比较及确定；（ 2） 设计绘制出完善的系统原理图；（ 3） 设计调试系统程序；（ 4） 完成设计数据的整理，撰写设计论文。2、课题主要要求（ 1）根据所做课题，查阅相关资料写好文献综述和开题报告；（ 2）根据课题内容，查阅相关资料，相关课题，确定课题的总体方案；（ 3）系统软件总体结构设计；（ 4）各模块程序设计及部分程序调试；（ 5）对系统的软硬件进行联调；（ 6）撰写说明书；（ 7）整理资料，准备答辩。四、研究方法、步骤和措施本次毕业设计是着重于电力电子稳压直流电源技术， 基于 Boost-Buck 电路的构成及工作原理和单片机的运用， 应用于太阳能光伏发电中的 MPPT跟踪， 以期提高太阳能的利用率，目的在于提高我们的知识运用能力，开拓了我们的视野，启发了我们的大脑，挖掘了我们敢于挑战，敢于创新的勇气。为此，要完成此次毕业设计，则必须按一下步骤进行：1）通过网络了解网上是否又相关产品的出现，如果有，则可以借鉴其产品的创新点进行改进，并融入到自己的思想中。2）可通过网络或图书馆书籍搜集大量有关本次毕业设计的资料，并保存下来，阅读各部分资料的使用手册，以及此模块在别的类型产品中的应用。3） 按照自己通过资料的搜集总结出来的设计思维， 写出本次设计的系统设计方案以及原理框图。4）将本次设计所需要的所有元器件列成清单，并采购，实现硬件设计和调试。5) 模块编程，根据先单个模块设计然后再联调的方法，实现软件设计，并在软件PROTUES7.1上实现设计所需功能。6）遇到自己实在解决不了的问题，应该及时请教指导老师，维持整个设计的进度。7）撰写设计原理和过程，让人一看便能对本次设计的思路一目了然。8）总结本次毕业设计的心得，学到的知识，以及毕业设计给我们带来的快乐。9）整理所有资料，准备迎接答辩。毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告指导教师意见：1．对“文献综述”的评语：2．对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：指导教师：年 月 日所在专业审查意见：负责人：年 月 日