【《可再生能源供電的公路路燈系統(tǒng)設(shè)計及優(yōu)化》15000字】

1可再生能源供電的公路路燈系統(tǒng)設(shè)計及優(yōu)化摘要無論是太陽能還是風(fēng)能，都已經(jīng)是技術(shù)非常成熟且完善的，近些年來的發(fā)展勢頭也如猛如虎。查閱近些年來的世界光伏總裝機(jī)容量以及年增長量可以看出，光伏裝機(jī)容量增長十分迅速，全世界范圍內(nèi)總量已經(jīng)超過500GW,然而十年前總量僅15GW,中國占據(jù)了很大的比例。發(fā)展清潔能源，符合當(dāng)今世界節(jié)能環(huán)保的理念。本文闡述了利用可再生能源一一太陽能發(fā)電的LED公路路燈系統(tǒng)。首先對蓄電池進(jìn)行了選型，通過比較了鉛酸蓄電池和鋰電池，考慮經(jīng)濟(jì)性和可行性，選擇了性價比更高的鉛酸蓄電池。在容量方面的確定，主要取決于負(fù)載，選擇30WLED燈作為負(fù)載，計算出夏季和冬季的運行時間，同時考慮放電深度影響，選擇適當(dāng)?shù)男铍姵乜側(cè)萘俊Ｆ浯芜x擇太陽能電池，目前硅系太陽能電池目前發(fā)展最為成熟。在比較了單晶硅太陽能電池、多晶硅薄膜太陽能電池、非晶硅薄膜太陽能電池等電池板以后，選擇單晶硅太陽能電池板作為本次設(shè)計的主供電電源。在選擇LED燈上，首先選擇負(fù)載連接方式，為保證系統(tǒng)穩(wěn)定性，選擇串并聯(lián)混合連接方式。以新都區(qū)某偏遠(yuǎn)二級公路為例，參照《城市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(CJJ45-2006)確定負(fù)載由1W/350mA的LED燈珠組成。比較各式升降壓主電路后，選擇了BOOST升壓電路給蓄電池組充電，選擇buck降壓電路連接負(fù)載。最后使用MATLAB軟件中的Simulink板塊對主電路進(jìn)行仿真實驗，驗證本次設(shè)計的合理性和可行性，對波形進(jìn)行分析，最終得到了實驗最初預(yù)期的結(jié)果。目錄1緒論 31.1研究的目的及意義 31.2研究現(xiàn)狀 31.2.1光伏發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀和前景 31.2.2LED照明發(fā)展現(xiàn)狀和研究動向 42系統(tǒng)設(shè)計和元件選擇 522.1主要研究內(nèi)容和設(shè)計框圖 52.2蓄電池的選擇 62.3太陽能電池類型的選擇 72.4LED燈的選擇 2.5實時時鐘模塊 2.6系統(tǒng)主電路及控制電路的選擇 2.6.1主電路一的選擇 2.6.2主電路二的選擇 3主電路參數(shù)計算 3.1BOOST升壓電路參數(shù)計算 3.1.1BOOST電路電感L 3.1.2BOOST電路電容C 3.1.3BOOST電路電力二極管選型 203.2BUCK降壓電路參數(shù)計算 3.2.1BUCK電路電感L 3.2.2BUCK電路電容C 3.2.3BUCK電路電力二極管選型 3.3控制電路 3.4比例調(diào)節(jié)的作用 233.5PI調(diào)節(jié)參數(shù)計算 4仿真結(jié)果 4.1BOOST閉環(huán)電路仿真實驗 4.1.1BOOST閉環(huán)電路仿真電路圖 254.1.2BOOST閉環(huán)電路仿真波形一 254.1.3BOOST閉環(huán)電路仿真波形二 4.1.4BOOST閉環(huán)電路仿真波形三 4.2BUCK電路仿真實驗 4.2.1BOOST閉環(huán)電路仿真電路圖 284.2.2BUCK閉環(huán)電路仿真波形 294.3仿真結(jié)果分析 30參考文獻(xiàn) 3錯誤!未定義書簽。光伏發(fā)電使用電能作為最終的表達(dá)形式。具有傳輸極為方便，通用性強(qiáng)，可存儲性強(qiáng)的特點。光伏發(fā)電不受資源地理分布的限制。它可以利用建筑物屋頂?shù)膬?yōu)勢，適合于無電且地形復(fù)雜的區(qū)域。太陽能電池是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心設(shè)備，其發(fā)展水平直接決定著光伏發(fā)電的發(fā)展水平(李曉東，張文博，王俊宇，2022)。隨著太陽能的不斷發(fā)展LED路燈市場，拉斯維加斯，美國澳大利亞墨爾本等許多國外城市和鄉(xiāng)村在道路上安裝了智能太陽能LED路燈，以解決節(jié)能減排問題《2018——中國太陽能LED路燈產(chǎn)業(yè)市場發(fā)展現(xiàn)狀及投資前景報告》2023指出太陽能LED路燈以其優(yōu)越的節(jié)能效果在中國市場具有良好的發(fā)展前景(劉思韻，陳晨曦，周子和，2023)。太陽能路燈的應(yīng)用也在促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，特別是新能源的廣泛應(yīng)用，這也是社會發(fā)展的強(qiáng)大動力。為了鼓勵和促進(jìn)太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，許多國家和地區(qū)都制定了相關(guān)政策來促進(jìn)太陽能發(fā)電的應(yīng)用。比如說，1974年日本政府推行實施了“陽光計劃”,使太陽能發(fā)電成為未來國家電力的重要組成部分。2008年，日本又發(fā)布了《太陽能普及行動計劃》,其中設(shè)定了太陽能發(fā)電的發(fā)展目標(biāo)(張志華，李天佑，王怡萱，2021):到2030年，光伏發(fā)電可達(dá)到居民用電的50%,占總電力供應(yīng)的10%左右。1996年，美國開始實施“光伏建設(shè)計劃”,旨在通過光伏發(fā)電緩解建筑用電高峰負(fù)荷，探索未來建筑供電的清潔方式。2010年，實施“千萬屋面規(guī)劃”,進(jìn)一步推動太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展。1990年，德國率先提出“太陽能屋頂千人計劃”,這在某種程度上象征項目在項目結(jié)束時取得階段性進(jìn)展。1999年，為了加大對整個光伏發(fā)電行業(yè)的扶持力度，德國開始實施“10萬太陽能屋頂計劃”。與此同時，德國于2000年頒布了《可再生能源法》,推動光伏產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用(周逸和，劉思琪，張博文，2021)2]。我國光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究始于1958年，1971年成功應(yīng)用于“東方紅二號”衛(wèi)星。1973年，我國首次將太陽能電池應(yīng)用于地面工程一一天津港航燈電源[31。到2000年，由于國際環(huán)境的影響和政府項目的實施，特別是“送電下鄉(xiāng)”工程的實施，極大地促進(jìn)了國內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展(王紫萱，陳雪婷，李俊杰，2022)。2006年1月，我國正式實施《中華人民共和國可再生能源法》,對包括太陽能在內(nèi)的新能源的開發(fā)利用產(chǎn)生了4積極影響。2008年3月，從這些活動中看出國家發(fā)改委發(fā)布了《一五”規(guī)劃》,對“十一五”期間可再生能源發(fā)展進(jìn)行了全面規(guī)劃和部署，進(jìn)一步推動了光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。到2011年，中國已成為繼德國、意大利之后的第三大光伏市以說太陽能LED路燈能的優(yōu)越性能使他在農(nóng)村乃路燈除了不產(chǎn)生電費外，由于使用了高能效續(xù)航能力是一個很大的亮點，在連續(xù)陰雨天時，這在某種程度上驗證了太陽能LED太陽能LED路燈充電系統(tǒng)由四部分組成：光伏板、儲能元器件、LED路燈以及-控制器-光伏板儲能器件存儲單元通過驅(qū)動器將存儲的能量輸送到LED路燈。因此，控52系統(tǒng)設(shè)計和元件選擇一般來說，太陽能LED路燈的主電路需要兩個單向DC/DC電路或控制器來分為根據(jù)LED負(fù)載用電量推算蓄電池容量，再根據(jù)所選擇圖2-1系統(tǒng)設(shè)計框圖62.2蓄電池的選擇般為3~5年，新型鋰離子電池在同等條件下使用壽命一般為7~8年左右。鋰電池組沒電到何程度開始停止。100%深度指放出全部容量.鉛酸蓄電池壽命受放電深度影響很長。在溫度為10℃~35℃之間時，這無疑暴露出每升高1℃,大約增加5~6個循環(huán)，在溫度保持在35℃~45℃之間時，每升高1℃可延長壽命25個循環(huán)以上，高于50℃蓄電池容量的選擇主要取決于負(fù)載，本設(shè)計選取30WLED燈作為負(fù)載，令其區(qū)別夏季在20:00~07:00時段全額運行11h、冬季18:00~08:00時段全額運行14h,在白負(fù)載額定功率為30W,額定電壓為48V,夏季LED負(fù)載日耗電量為：冬季LED耗電量為：7考慮鉛酸蓄電池的放電深度影響，本設(shè)計比例系數(shù)取0.75,選擇最大日耗電量進(jìn)行計算，則蓄電池容量為：經(jīng)查閱新都近年來氣象情況，一周內(nèi)最長日照時長為四天，即蓄電池總?cè)萘啃铻椋壕C合考慮，可選用四個12V/12AH的蓄電池組串聯(lián)作為儲能設(shè)備。階段充電法包括二階段充電法和三階段充電法。二階段法采用的是恒流恒壓相結(jié)合的快速充電方法。這在一定程度上預(yù)兆了先用恒流對預(yù)定電壓進(jìn)行充電，然后將恒流轉(zhuǎn)換成恒壓，完成剩余的恒壓充電(王子航，李雪慧，劉浩宇，2023)。為保障研究結(jié)果的可靠性和可信度，本文首先通過廣泛搜集和審閱國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的經(jīng)典與前沿文獻(xiàn)構(gòu)建了一個堅實的研究背景框架。這不僅幫助本文明確了研究問題的獨特貢獻(xiàn)點，也確保了本文的研究建立在充分理解現(xiàn)有知識的基礎(chǔ)上，本文精心挑選了多種來源的第一手和第二手資料包括但不限于類似文獻(xiàn)、官方報告等。這些資料的選擇基于其權(quán)威性、時效性和代表性，以確保能夠從多個角度全面地反映研究主題發(fā)展的真實情況。一般來說兩個階段之間的轉(zhuǎn)換電壓為第二階段的恒壓；三階段充電方式在充電初始和末尾采用恒流充電，在充電期間采用恒壓充電。隨著電流的衰減達(dá)到預(yù)定的值，第二階段變?yōu)榈谌A段。此方法能將氣體排放降至最低，但作為一種快速充氣方法，受到綜合考慮之下采用恒壓充電法。太陽能電池按其材料不同，可分為：一定意義上展現(xiàn)了硅系太陽能電池、多元化合物薄膜太陽能電池、聚合物多層修飾電極型太陽能電池、納米晶太陽能電池、有機(jī)8太陽能電池、塑料太陽能電池，其中硅系太陽能電池又可分為三小類—一單晶硅太陽能電池、多晶硅薄膜太陽能電池和非晶硅薄膜太陽能電池。硅系太陽能電池目前發(fā)展最為成熟，在所有應(yīng)用中居主導(dǎo)地位。各太陽能電池特性見表2-1如下(劉穎慧，王瑾類型各項特性硅系(太(陽能電池單晶硅太陽能電池是最早發(fā)展起來，技術(shù)最為成熟且性能最穩(wěn)定的太陽能電性能穩(wěn)定，轉(zhuǎn)換效率也是最高。它以高純度單晶硅為原材制作工藝也相對繁瑣一些，成本略高。多晶硅薄膜太陽能電池相比于單晶硅電池，制作成本和時間均具有優(yōu)勢，使用材料也簡易，被廣泛應(yīng)用。但晶體結(jié)構(gòu)較差，轉(zhuǎn)換效率也低一些。非晶硅薄膜太陽能電池生產(chǎn)成本較低，有多種方式制備電池，質(zhì)量小便于生產(chǎn)，轉(zhuǎn)換效率高。多元化合物薄膜太陽能電池主要材料為無機(jī)鹽，容易污染環(huán)境而且產(chǎn)量并不高。聚合物多層修飾電極型太陽能電池原材料為有機(jī)材料，柔性好，來源也很廣泛同時成本低，切割制作工藝簡單。缺點是電池性能和使用壽命很低，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于硅系電池。納米晶化學(xué)能太陽能電池目前僅處于研制過程，但光電效率超過10%,制作成本很僅為硅類電池的1/5~1/10,使用壽命可超過二十根據(jù)上表分析可得，聚合物多層修飾電極太陽能電池和納米晶化學(xué)能太陽能電池的研究剛走上正軌，轉(zhuǎn)換效率不太理想；這在一定程度上昭示非晶硅薄膜太陽能電池的穩(wěn)定性不夠，雖然非晶硅薄膜太陽能電池的價格相比單晶硅太陽能電池較為低廉，但轉(zhuǎn)和寧教授的相關(guān)主題的研究，主要體現(xiàn)在思路和手法方面，在思路上遵循了其強(qiáng)調(diào)的系統(tǒng)性與邏輯性的原則。通過深入分析研究對象的內(nèi)在結(jié)構(gòu)和運作機(jī)制，本研究不僅9硅太陽能電池的主導(dǎo)地位不會發(fā)生根本性改變縱使晶體硅太陽能電池的份額有所下型號峰值功率峰值電壓峰值電流開路電壓短路電流8能電池板：開路電壓為21.5V,短路電流為2.58A,功率為40W,有效日照時長為7.5h,對于太陽能電池板的安裝方式有多種方法，這在某種程度上象征最常見的方法度等。最后結(jié)合計算的各項參數(shù)，得出當(dāng)?shù)氐淖罴褍A角(李志鵬，周嘉琳，趙紫以新都區(qū)為例，新都緯度為30.82°,平均有效日照時長為7.5h,路燈負(fù)載日耗①能耗低LED的工作電壓一般只需2-3.6V,工作電流僅有0.02-0.0節(jié)能燈相比則減少70%以上，從這些活動中看出所以LED光源才是真正的②使用壽命長。在正常情況下，LED使用壽命很長，可以達(dá)到100000h以上。③安全低電壓LED使用的是低壓的直流電源，供電電壓一般是6-24V,與使用LED還有體積小、發(fā)熱少、堅固耐用、易于從圖中曲線可以看出，當(dāng)電壓為正時，其電壓較小時，電流較小，不發(fā)光只有當(dāng)電壓達(dá)到一定值時，從這些趨勢中看出電流才會隨著電壓的升高呈指數(shù)關(guān)系上升。當(dāng)電壓為負(fù)時，電壓較小時，反向電流數(shù)值很小，當(dāng)電壓達(dá)到一定值時，方向電流會急劇增大，出現(xiàn)反向擊穿現(xiàn)象(張宇和，李雪珂，趙天宇，2022)。以新都某偏遠(yuǎn)二級公路為例，該次干道路段長3000m,整體路寬15m,參照表2-3《城市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(CJJ45-2006)規(guī)定的機(jī)動車交通道路路面照度維持值(王子翔，劉雪婷，張怡萱，2020):道路類型路面亮度路面照度眩光限制閘度值度平均照度均勻度值最大初始值值快速路、主干路次干路善，道路分隔設(shè)施不夠完善，所以選擇快速路、主干路的高檔值30V。由前面可得太本設(shè)計30WLED路燈負(fù)載可以選擇由1W/350mA的LED燈珠組成，具體組成方(1)一只LED燈珠工作電壓大概為3V。(2)兩列LED燈組，每列LED燈組功率為15W,兩列LED燈組并聯(lián)的輸出總功率為30W。(3)每列LED燈組均采用恒壓驅(qū)動。(4)每一列的LED燈組由15顆1W/350mALED燈珠串聯(lián)構(gòu)成，每一列LED燈組在48V恒電壓驅(qū)動下的電流可在300mA左右，可以正常點亮LED。DS12C887可以計算到2100年前的秒、分、小時、星期、日期、月、年七種日歷信息同時帶有閏年補(bǔ)償；這在某種程度上驗證了它自身配有晶體振蕩器和鋰電池；可工作10年即使沒有外部電源的加持(李昊天，周紫薇，趙文華，2022);在時間記錄方面，有12小時制和24小時制兩種模式。這一結(jié)果也與本文之前的預(yù)想研究結(jié)果一致，這在一定程度上體現(xiàn)了本文研究方向的正確性。首先，這種一致性反映了本文在研究設(shè)計初期所設(shè)定的目標(biāo)和假設(shè)具有堅實的基礎(chǔ)。通過對相關(guān)理論文獻(xiàn)的深入探討和對已有研究成果的綜合分析，本文的預(yù)想建立在一個合理且有據(jù)可依的基礎(chǔ)上，而最終獲得的結(jié)果與預(yù)期相符，進(jìn)一步驗證了這些研究的有效性。這一結(jié)果的吻合證明了本文所采用的研究方法和工具是恰當(dāng)且有效的。研究過程中，本文嚴(yán)格遵循學(xué)術(shù)規(guī)范，采用了多種驗證手段來保證結(jié)論的準(zhǔn)確性。在12小時制模式中，用AM和PM區(qū)分上午和下午；可用二進(jìn)制數(shù)或者BCD碼表示時間；DS12C887中帶有128字節(jié)RAM,這在一定程度上昭示其中11字節(jié)用于存儲時間信息，4字節(jié)RAM用來存儲DS12C887的控制信息，稱為控制寄存器，113字節(jié)RAM供用戶使用；用戶可以通過編程來實現(xiàn)多種方波輸出；也可應(yīng)用于MOTOROLA和INTEL兩種總線；定鬧中斷、op各引腳名稱及描述如下：引腳1——MOT—一選擇總線類型引腳4-11——ADOAD7—一雙向地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線引腳12-—GND-一電源地引腳13——CS——片選輸入引腳14——AS——地址鎖存ALE引腳15-—R/W—一讀寫輸入引腳17——DS—一有效時表示的是該芯片正在向總線輸出數(shù)據(jù)引腳24--VCC——正電源。若系統(tǒng)掉電，時鐘可以借助內(nèi)部電池和振蕩器繼續(xù)正常工作。當(dāng)VCC>4.25V,芯片允許寫入外部程序；當(dāng)VCC≤4.25綜合考慮器件特性，在本次設(shè)計中，選用高精度實時時鐘芯片DS12C887為系統(tǒng)提供準(zhǔn)確運行時間。本次設(shè)計的主電路一實現(xiàn)的功能是將太陽能電池板輸出的42V到48V的電壓，升壓至59V后，使蓄電池組恒壓充電。這在一定程度上預(yù)示了下面將對可用于主電路一的電路進(jìn)行介紹。斬波器的功能就是把一種固定電壓的直流電轉(zhuǎn)變成電壓可調(diào)的直流電(張文博，陳思琪，2023)。它也被稱為DC/DC變換器。多指將直流電直接轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，不包括斬波電路原本是指用電時，因某些需要，將部分正弦波“切斷”(例如在電壓為30V時，用電子元件使背面的30—0V部分為球形，輸出電壓為0),然后借用直流-直流開關(guān)電源，主要是在調(diào)節(jié)開關(guān)電源的過程中，原本是一路電源，電線把它“斬”脈寬調(diào)制方式和頻率調(diào)制方式是斬波器的兩種工作方式。脈寬調(diào)制方式指的是Ts (周期)不變，改變Ton(開關(guān)每次接通的時間);利用已獲成果可以推導(dǎo)出以下觀點頻率調(diào)制方式是指Ton不變，改變Ts(但是容易產(chǎn)生干擾)。BOOST升壓斬波電路屬于直直變換電路，由于它的輸入直流電壓比輸出直流電壓低，所以又稱之為升壓在充電過程中，開關(guān)閉合(三極管導(dǎo)通),等效電路如圖2-7,開關(guān)(三極管)處用導(dǎo)線代替。這時，輸入電壓流過電感。二極管防止電容對地放電。由于輸入是直流電，所以電感上的電流以一定的比率線性增加，這個比率跟電感大小有關(guān)。隨著電感電流增加，電感里儲存了一些能量(高思遠(yuǎn)，陳子辰，2022)。本文在行為思路上也有所創(chuàng)新，作者創(chuàng)新性地融入了前人關(guān)于此主題已有的研究成果，在研究深度上有所加強(qiáng)，首先通過綜合分析現(xiàn)有文獻(xiàn)中的關(guān)鍵理論和實證發(fā)現(xiàn)，本文構(gòu)建了一個更為系統(tǒng)且全面的框架，旨在為該領(lǐng)域的研究提供新的視角和方法論指導(dǎo)。其次，為了確保研究的有效性和可靠性不僅驗證了前期理論假設(shè)，還進(jìn)一步探索了未被充分關(guān)注的研究空白。圖BOOST電感放電電路拓?fù)鋱D放電過程如圖，這是當(dāng)開關(guān)斷開(三極管截止)時的等效電路。這在某種程度上象征當(dāng)開關(guān)斷開(三極管截止)時，由于電感的電流保持特性，流經(jīng)電感的電流不會馬上變?yōu)?,而是緩慢的由充電完畢時的值變?yōu)?。而原來的電路已斷開，于是電感只能通過新電路放電，即電感開始給電容充電，電容兩端電壓升高，此時電壓已經(jīng)高于輸入電壓了。升壓完畢(王子豪，李凌霄，2022)。從中可以看出本研究特別注重跨學(xué)科交叉融合，借鑒相關(guān)領(lǐng)域如經(jīng)濟(jì)學(xué)、社會學(xué)、等的理論工具和分析模型，以期從多維度解析研究問題，從而豐富和完善已有理論體系。通過對研究結(jié)果的深入解讀本文提出了具有實際應(yīng)用價值的政策建議或?qū)嵺`指南，希望能夠?qū)π袠I(yè)發(fā)展、決策制定以及未來研究方向產(chǎn)生積極影響。本次設(shè)計中，主電路一采用Boost電路，并采用閉環(huán)控制，通過檢測輸出電壓的值來控制占空比(占空比δ是指一個周期內(nèi)，從這些活動中看出開關(guān)器件的導(dǎo)通時間和周期的比值，即為δ=t/T,t是開關(guān)器件的導(dǎo)通時間),調(diào)整適合的占空比即可得到本次設(shè)計中的主電路二實現(xiàn)的功能是將蓄電池組輸出的48V電壓降至30V后供電給LED路燈。下面將對可用于主電路二的電路進(jìn)行介紹。BUCK電路就是一種DC-DC轉(zhuǎn)換器，從這些趨勢中看出就是通過震蕩電路將一直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橐桓哳l電源，再通過脈沖變壓器、整流濾波回路輸出需要的直流電壓直流①D1控制電路輸出的驅(qū)動脈沖控制開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷。當(dāng)控制電路脈沖輸出高電平時，開關(guān)管導(dǎo)通，續(xù)流二極管D陽極電壓為0,陰極電壓為Us,即反向截止，開關(guān)上流過電is流經(jīng)電感L向負(fù)載供電；這時L中的電流上升，在L兩端產(chǎn)生的右負(fù)左正自感電勢阻礙電流上升，L將電能轉(zhuǎn)化為磁能儲存起來。經(jīng)過時間ton后，控制電路脈沖變?yōu)榈碗娖?，開關(guān)管關(guān)斷，但由于L中的電流不能突變，這時電感L兩端產(chǎn)生右正左負(fù)的自感電勢阻礙電流下降，這在一定程度上預(yù)兆了從而使D正向?qū)?，于是L中的電流經(jīng)D構(gòu)成回路，電流值下降，L中儲存的磁能轉(zhuǎn)化為電能提供給負(fù)載(蔣澤宇，李雅馨，2022)。經(jīng)過時間toff后，控制電路脈沖再次使開關(guān)管導(dǎo)通。濾波電容C的存在是為了降低輸出電壓Uo的脈動。由公式變形得占空比D:代入太陽能電池板輸出的4248V的電壓，同時輸出電壓為59V得：根據(jù)Boost直直斬波變換器的工作波形分析，當(dāng)Boost直直斬波變換器處于穩(wěn)定工作狀態(tài)時，這在一定程度上昭示由于在IGBT的一個開關(guān)周期內(nèi)，Boost直直斬波變換器中的續(xù)流二極管通過的平均電流等于平均輸出電流Io,Boost直直斬波變換器中的電感充電平均電流等于其電感放電平均電流，Boost直直斬波變換器中的電感充電平均電流等于直流端平均輸入電流Iin,Boost直直斬波變換器中的電感放電平均電換器中的二極管平均電流等于負(fù)載端的平均輸出電流均輸入電流Iin。如果設(shè)Boost型直直斬波變換器的直流開關(guān)電源的效率為100%,則Iin·Vin=Io·V?所謂CCM模式，如果是開關(guān)頻率固定的它激式電源，負(fù)載較大時，為了保持輸電流還未下降到0時，開關(guān)管可能會再次導(dǎo)通，即線圈磁能還沒有釋放完畢、激磁電為了保證電路能夠工作在CCM模式，最小電感電流應(yīng)大于0,電感取值應(yīng)滿足其中fs為開關(guān)頻率，開關(guān)頻率需在開關(guān)損耗和元件尺寸折中，如果開關(guān)頻率太低，會產(chǎn)生噪聲(人耳可以聽到的開關(guān)頻率在20kHz以下),而且要求電感電容值對于Boost電路，這在某種程度上象征對輸出電壓的波紋大小起到?jīng)Q定性的作用輸出側(cè)電容Co流過的電流ico是在開關(guān)管導(dǎo)通期間，輸出側(cè)電容充當(dāng)電源，電壓是指在負(fù)載RL受到電源供電的時候所產(chǎn)生的變化，因此即使電路輸入直流電源，仍紋波是決定電容的大小的三個要素。在MOSFET開通時，提供整個負(fù)載電流的是輸出濾波電容。在Boost電路系統(tǒng)中，從這些趨勢中看出為了能夠滿足期望的輸出紋波為使Boost型DC/DC直流電源的輸出電壓紋波小于5%,輸出電容取值應(yīng)大于750μF,本次設(shè)計中輸出電容取1000μF。因系統(tǒng)最大電流為2.58A,反向擊穿電壓一般為有效值的1.5倍，本最大導(dǎo)通電施加了電容濾波則要大于負(fù)載電流2倍。在本次設(shè)計中選取型號為1N1202200V12A3.2BUCK降壓電路參數(shù)計算容組成二階濾波系統(tǒng)輸出比較穩(wěn)定的電壓和電流。電感在BUCK電路中可以減少電具針對性的理論指導(dǎo)。當(dāng)電感充電時得到的能量剛好釋放完(即電感電流的最小值正好下降為0的狀態(tài))時，IGBT的下一個周期的驅(qū)動電平正好到來，這就稱為電感電的末端值，用Ii表示對應(yīng)的電感電流的充電或者放電的初始值時(韓一鳴，王瑾將式(4-18)和4Iz=I?-I?帶入式(4-19)可得式(4-20)如下：從中可以表明當(dāng)電感電流處于臨界狀態(tài)的時候，電感電流的最小值正好等于0,即L=0,化簡式(4-20)可得負(fù)載電流在臨界狀態(tài)下的數(shù)值為：將式(4-19)和式(4-20)帶入式(4-21)可得電感數(shù)值在臨界狀態(tài)的情況下的得L=0.05625mH,其中RL=30Ω,fs=1000HZ。在BUCK直直斬波變換電路中，當(dāng)輸出側(cè)的電容容量足夠大時精度要求來對濾波電容的容量數(shù)值進(jìn)行合理電時儲存的能量將釋放到濾波電容C和負(fù)載上，即對電容進(jìn)行充電，在IGBT的一個把式(4-23)帶入式(4-24)可得一定意義上展現(xiàn)了根據(jù)式(4-26),為使Buck型DC/DC直流電源的輸出電壓紋波小于5%,則輸出電容取值應(yīng)大于1.67μF時，此處輸出電容取5μF。3.2.3BUCK電路電力二極管選型值，自一般為有效值的1.5倍；最大導(dǎo)通電流，簡稱電流，如果沒有施加電容濾波，則不應(yīng)小于負(fù)載電流，但施加了電容濾波則要大于負(fù)載電流2倍。結(jié)果同上，在BUCK電路中選擇1N1202200V12A型電力二極管。PI調(diào)節(jié)是一種線性控制，它根據(jù)給定值與實際輸出值構(gòu)成控制偏差，將偏差的比例和積分通過線性組合構(gòu)成控制量，這在一定程度上預(yù)示了對被控對象進(jìn)行控制。PI調(diào)節(jié)可以按照比例反應(yīng)系統(tǒng)的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用用以減少偏差。本次設(shè)計中采用PI調(diào)節(jié)器都輸出電壓進(jìn)行閉環(huán)控制，從而得到系PI調(diào)節(jié)器是一種線性控制器，它根據(jù)給定值與實際輸出值構(gòu)成控制偏差，將偏差的比例和積分通過線性組合構(gòu)成控制量，利用已獲成果可以推導(dǎo)出以下觀點對被控對象進(jìn)行控制。通過控制量對電路PWM脈沖序列進(jìn)行控制，這樣就可以改變電路的占空比，從而輸出想要得到的理想電壓，形成閉環(huán)調(diào)節(jié)，可以對被控對象起到控制的作比例調(diào)節(jié)作用：按比例反應(yīng)系統(tǒng)的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生積分調(diào)節(jié)作用：使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無誤差度。因為有分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動態(tài)響應(yīng)變慢。積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合，組成PI調(diào)節(jié)器或PID調(diào)節(jié)器(周逸和，劉思琪，張博文，2021)。簡單說來，PI控制器各校正環(huán)節(jié)的作用如下：比例環(huán)節(jié)：即時成比例的反映控制系統(tǒng)的偏差信號，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差。通常隨著值的加大，閉環(huán)系統(tǒng)的超調(diào)量加大，系統(tǒng)響應(yīng)速度加快，但是當(dāng)增加到一定程度，系統(tǒng)會變得不穩(wěn)定。2.積分環(huán)節(jié)主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度(型別)。[1]積分作用的強(qiáng)弱取決于積分常數(shù)，積分常數(shù)越大，從這些活動中看出積分作用越弱，反之越強(qiáng)。閉環(huán)系統(tǒng)的超調(diào)量越小，系統(tǒng)的響應(yīng)速度變慢?？偟膩碚f，在控制工程實踐中，PI控制器主要是用來改善控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。I型系統(tǒng)指的是開環(huán)傳遞函數(shù)的分母，s僅有一個。計算觀察電流環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)Wcur(s),使之滿足I型系統(tǒng)的條件。滿足Kp/Ki=L/的條件，分子分母都約去一項，就能將電流環(huán)變成了I型系統(tǒng)。剩下的函數(shù)分子Kpwm*Ki/R即為I型系統(tǒng)的分子K,分母中的1.5Ts即為I型系統(tǒng)的T,最后使K*T=0.5即可：經(jīng)過計算可得調(diào)節(jié)器的PI參數(shù)取值為：4仿真結(jié)果4.1BOOST閉環(huán)電路仿真實驗圍為42-48V,于是隨機(jī)抽取42V、45V、48V作為實驗數(shù)據(jù)，以此模擬在太陽能電池板輸出電壓不同時，該BOOST閉環(huán)電路是否能順利將電壓升壓至59V后給蓄電池恒區(qū)圖10BOOST閉環(huán)電路仿真波形(42V升至59V)分析該電路仿真波形可以得出，BOOST升壓電路將太陽能電池板發(fā)出的42V電壓成功升至59V,這無疑暴露出波形快速趨于穩(wěn)定平緩，沒有超調(diào)量，滿足設(shè)計要求。當(dāng)太陽能電池板輸出電壓為45V時，BOOST閉環(huán)電路仿真波形如下所示：圖11BOOST閉環(huán)電路仿真波形(45V升至59V)電池板放出的45V電壓升壓至59V,沒有超調(diào)量，陡升至平緩用時短暫，滿足本次4.1.4BOOST閉環(huán)電路仿真波形三圖12BOOST閉環(huán)電路仿真波形(48V升至59V)48V電壓升壓至59V,這在一定程度上預(yù)兆了雖然有超調(diào)量，但是非常短暫且未超出百分之二十五，很快波形穩(wěn)定，電壓成功升至59V,滿足本次設(shè)計的要求。本次設(shè)計中，BUCK電路所起的作用是將蓄電池組輸出的48V電壓降壓至30V,為負(fù)載LED燈供電。以下為對于BUCK電路的仿真驗證。P這在某種程度上驗證了由BUCK閉環(huán)電路仿真波形分析可得，采用PI調(diào)節(jié)器控制的BUCK降壓電路仿真波形上升時間雖然比較長，但波形仍然貫徹落實當(dāng)今世界節(jié)能環(huán)保的主題，本次設(shè)計采用太陽能供電，為新都地區(qū)某偏遠(yuǎn)二級公路設(shè)計公路路燈系統(tǒng)。首先BOOST升壓電路將太陽能電池板輸出的42V到48V的電壓經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器閉環(huán)控制升壓至59V后為蓄電池通過恒壓充電方式充電。因?qū)嶒炌哂胁淮_定性，一定意義上展現(xiàn)了因此在太陽能電池板輸出電壓區(qū)間范圍內(nèi)隨機(jī)選取三個不同值的電壓等級，來一一進(jìn)行仿真驗證在不同電壓下，BOOST升壓電路都可以成功恒壓至59V。在后續(xù)的BUCK電路中就不需要這么麻煩，蓄電池固定輸出電壓48V,LED路燈負(fù)載系統(tǒng)所需電壓30V,通過由PI調(diào)節(jié)器閉環(huán)控制的BUCK降壓斬波電路，實現(xiàn)由48V降壓至30V,電壓趨于穩(wěn)定時間雖然明顯比BOOST升壓電路慢，但仍然符合實驗要求。從蓄電池選型，到太陽能電池板的選型，這在一定程度上昭示再到負(fù)載LED燈的選型，都是根據(jù)新都地區(qū)某偏遠(yuǎn)二級公路的氣候條件來合理規(guī)劃的。不僅要滿足各項參數(shù)合理保證系統(tǒng)能正常運行，更要考慮經(jīng)濟(jì)性、安全性和可靠性。使用MATLAB