基于AVR的分布式直流电源系统研究与设计

来源 :中国计量大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:john20002000
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随着中国能源需求的日益紧张和环境保护问题的日趋严峻,实现节能减排,大力发展低碳可再生能源经济,是电力系统实现可持续发展的重要途径。电力作为清洁、便利的能源形式,是国民经济的支柱,因而建设智能发电系统是中国电力发展的必然趋势。随着分布式发电技术的迅速发展,使得分布式电源在电力系统中发挥着越来越重要的作用。  本文设计的分布式直流电源主要应用于小型开关站和用户终端,断电时能为负载提供不间断的直流电源。通过对分布式直流电源系统中的光伏发电系统、市电发电系统、蓄电池升压系统和AVR(自动电压调节)单片机系统的设计,设计了一款多模块并联运行的分布式供电系统,主要工作内容如下:  (1)介绍了分布式直流电源设计方案,关键设计技术,系统模块框图和电源工作过程。  (2)为实现光伏发电系统高效率的工作,对基于扰动观察法的最大功率追踪技术(MPPT)进行分析,设计了buck-boost硬件电路的DC-DC变换器,实现了蓄电池的MPPT充电方法,提高了充电效率。  (3)针对市电发电系统中的蓄电池充电电路安全性能不高的问题,在充电电路中采用外围电压反馈电路和线性隔离低直流电压辅助电路来动态调节母线电压,提高了充电电路的工作效率和安全性能。此外,设计了PWM软开关技术的LLC谐振充电方法,结合了脉宽调制法和谐振软开关法两者的优点,设计了PWM方式的三段式蓄电池充电方法,优化了对蓄电池充放电管理,延长了蓄电池的使用寿命。  (4)设计了一种以LD7591GS芯片和L6599D芯片为控制核心的‘PFC-LLC’拓扑结构的充电电源,解决了市电发电系统中的硬开关PWM充电方法所存在的缺点,实现充电电路的软开关性能。通过仿真波形和实验波形的对比,验证了所设计的电源具有较高的功率密度和平滑电磁干扰特性,降低了电路对市电网的谐波干扰。并且实现了初级开关管的零电压开关(ZVS)和次级整流管的零电流开关(ZCS)的功能,提高了充电效率。  (5)为了优化充电电路中LLC谐振电路,进一步减少集成磁性元件的体积和数量,设计了磁集成LLC谐振电路。利用谐振漏感代替谐振电感,从开关管寄生电容谐振参数考虑,通过基波分析法分析输入-输出电压增益关系,并用Mathcad软件仿真进行磁集成谐振电路参数优化。最后将优化的磁集成技术运用到本文设计的整流电路中,提高了LLC谐振电路效率。  (6)设计了以TL494芯片为核心的推挽升压电路,通过转换蓄电池储存的电能,降低了光伏发电系统对太阳光的依赖性,使得整个电源系统在没有光伏发电系统和市电发电系统工作的条件下,还能为负载提供不间断电压。  (7)为了使设计的分布式直流电源能够输出稳定的负载工作电压,AVR单片机系统通过运用PID算法,结合对输出电压稳定度的软件控制,从而大大减少不稳定因素对系统输出负载电压的干扰。  本文设计的分布式直流电源具有抗干扰能力强和工作效率高的特性:MPPT充电效率达到99.8%;LLC谐振电路充电效率达到91.5%,功率因数达到了95.6%,EMI平均传导裕量值低于标准裕量值15dB,所设计的谐振充电电源有较低的EMI干扰性能;磁集成整流电路效率达到了92.7%。
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