太阳能LED路灯智能控制系统研究

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新能源的使用与开发是当前社会可持续发展的必然要求,太阳能LED路灯在城市、农村道路照明领域起到了重要作用,在充分利用太阳能作为能量来源的同时,极大意义上替代了有限能源的使用,提高了社会经济效益,因此,更好的优化路灯系统有利于推动道路照明迈向经济化、实用化和智能化。现有的路灯系统围绕实用与智能这两个方面存在着一些发展瓶颈问题,一是当前路灯系统采用传统DC/DC拓扑,无法提高输出功率等级,不能较好适应路灯市场功率要求,二是在高温环境下路灯进行MPPT充电时控制器发热较为严重,目前一般的做法是加上散热器,但散热效果并不好且投入成本增加,三是路灯实现智能组网成本较高且组网效果差,传输距离有限。针对以上问题,本文参考了大量相关文献后进行系统化研究,将交错并联技术应用到路灯主电路结构,并提出了一种自适应模糊PI双闭环均流控制策略,能够自动识别交错并联数并保证其均流效果;通过推导路灯充电过程的功率损耗以及分析最大功率点跟踪原理,将PID算法与基于扰动观察法的MPPT算法相结合,提出了一种带有PID温度保护的MPPT控制策略,能够在检测温度超过阈值时进行温度控制,保证系统在温度允许范围内进行最大功率点充电。通过Matlab/Simulink仿真软件搭建了这两种控制策略所对应的仿真模型,根据仿真结果可知,本文所设计的均流策略在2-4路交错并联拓扑都有较好的均流效果,而且自适应参数调节能力强,具有良好的鲁棒性和抗干扰性;所设计的新型MPPT控制策略能够及时根据温度的变化进行算法上的自动调整,有效保护了路灯控制器硬件寿命。此外,考虑到无线组网的成本与规模,将LoRa技术应用到路灯组网功能中,不仅组网方式简单,而且通信距离远,较好地实现数据实时双向传输。综合以上对路灯系统的研究,设计了一种太阳能LED路灯智能控制系统,详细阐述了硬件电路设计和软件程序设计,并在此基础上,结合实验室内外条件进行实物功能测试,根据实验数据表明,该系统实用性强,能够较好的适应高温环境影响,可拓展性强,便于功能性升级,适用于农村与城市道路照明。
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