數(shù)字式太陽能電池陣列模擬器的研究與設(shè)計

【摘要】：在如今新能源的開發(fā)和利用中,光伏發(fā)電所占有的比重越來越大,因而對于光伏設(shè)備的研究和開發(fā)也日益增多。在研發(fā)過程中,由于受到環(huán)境條件的制約,利用真實的太陽能電池很難實現(xiàn)全天候的測試。太陽能電池陣列模擬器可以模擬任何環(huán)境條件下的太陽能電池陣列的輸出外特性,可以大大縮短光伏發(fā)電系統(tǒng)的研發(fā)周期,提高研發(fā)效率。本文的研究內(nèi)容如下: 首先就光伏發(fā)電以及太陽能電池技術(shù)的發(fā)展進行了簡單回顧,從太陽能電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)入手,建立了其等效電路及數(shù)學模型,據(jù)此得到了太陽能電池的典型輸出特性曲線,詳細分析了該特性曲線與外界工作環(huán)境之間的關(guān)系,并就目前存在的兩種光伏電池模擬方案:數(shù)字式與模擬式的優(yōu)缺點進行了討論,確定了以數(shù)字式作為本系統(tǒng)的實現(xiàn)方案。 從一個典型的光伏發(fā)電系統(tǒng)入手,詳細介紹了系統(tǒng)各部分的作用及其工作原理,重點分析了實現(xiàn)太陽能電池最大功率跟蹤的原理,它是通過控制光伏電池的輸出電壓來達到改變系統(tǒng)工作點的目的,由此可以看出需對光伏電池模擬器的輸出電流作為直接控制量。然后就目前幾種模擬器負載工作點的調(diào)節(jié)方案進行了討論,指出了其不足之處,最終確定了本文基于電流反饋的控制策略。 對系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計進行了詳細的介紹。硬件部分包括:基于全橋變換器的DC-DC主功率電路、功能電路以及基于TM320F2809的DSP控制電路設(shè)計;軟件部分包括:電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定方案以及基于C語言和匯編語言混合編程的DSP控制程序設(shè)計。以上軟硬件模塊經(jīng)過實際驗證均能正常工作,為最終的系統(tǒng)實現(xiàn)奠定了良好的基礎(chǔ)。 最后,給出了仿真和樣機實驗波形。穩(wěn)態(tài)實驗結(jié)果表明模擬器的穩(wěn)態(tài)工作點能夠與所模擬的太陽能電池陣列I-V輸出特性曲線上的各點吻合,其模擬精度達到了規(guī)定的指標;動態(tài)實驗結(jié)果表明模擬器具有良好的動態(tài)調(diào)節(jié)特性,能夠滿足后級最大功率跟蹤需求。以上實驗結(jié)果證明了本文所提出的模擬方案及控制策略的正確性和有效性。 【關(guān)鍵詞】：光伏發(fā)電 數(shù)字式光伏電池陣列模擬器 全橋變換器 TM320F2809 電流反饋控制
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-15
• 第一章 緒論15-22
• 1.1 新能源的開發(fā)與利用15
• 1.2 太陽能發(fā)電的優(yōu)勢與發(fā)展15-16
• 1.3 太陽能電池的發(fā)展16
• 1.4 太陽能電池原理與數(shù)學模型16-19
• 1.4.1 太陽能電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理16-17
• 1.4.2 太陽能電池的等效電路及數(shù)學模型17-18
• 1.4.3 太陽能電池的輸出特性曲線18-19
• 1.4.4 光照及溫度條件對特性曲線的影響19
• 1.5 太陽能電池陣列模擬器19-20
• 1.5.1 模擬式太陽能電池陣列模擬器19-20
• 1.5.2 數(shù)字式太陽能電池陣列模擬器20
• 1.6 選題意義及課題內(nèi)容20-22
• 1.6.1 選題的意義20-21
• 1.6.2 研究的內(nèi)容21-22
• 第二章 太陽能電池陣列模擬器的控制策略研究22-31
• 2.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成及其工作原理22-24
• 2.2 太陽能電池陣列模擬器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)24
• 2.3 太陽能電池陣列模擬器負載工作點的確定24-30
• 2.3.1 模擬器負載工作點24-25
• 2.3.2 確定模擬器負載工作點的策略25-30
• 2.3.2.1 特性曲線的確定方法26-28
• 2.3.2.2 尋找工作點的控制算法28-30
• 2.4 本章小結(jié)30-31
• 第三章 太陽能電池陣列模擬器的硬件電路設(shè)計31-48
• 3.1 太陽能陣列模擬器的拓撲選擇31-35
• 3.1.1 拓撲選擇要求31-32
• 3.1.2 模擬器主功率拓撲的對比與選擇32-35
• 3.2 全橋變換器的工作原理35-37
• 3.3 全橋變換器主電路設(shè)計37-43
• 3.3.1 變壓器的設(shè)計38-41
• 3.3.2 功率開關(guān)管和整流二極管的選型41
• 3.3.3 輸出濾波電感和電容的設(shè)計和選取41-43
• 3.3.4 緩沖電路的設(shè)計43
• 3.4 功能電路設(shè)計43-47
• 3.4.1 MOSFET 驅(qū)動電路設(shè)計43-44
• 3.4.2 電壓、電流檢測電路44-46
• 3.4.3 信號調(diào)理電路設(shè)計46-47
• 3.4.4 過壓、過流保護電路設(shè)計47
• 3.5 本章小結(jié)47-48
• 第四章 太陽能電池陣列模擬器的控制系統(tǒng)設(shè)計48-68
• 4.1 太陽能電池陣列模擬器的控制器設(shè)計48-54
• 4.1.1 確定系統(tǒng)控制方法48-49
• 4.1.2 繪制開環(huán)傳遞函數(shù)和控制對象的波特圖49-51
• 4.1.3 補償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計51-54
• 4.2 基于DSP 的控制器硬件電路設(shè)計54-58
• 4.2.1 TMS320F2809 簡介54-55
• 4.2.2 DSP 最小硬件系統(tǒng)設(shè)計55-57
• 4.2.3 PWM 驅(qū)動接口設(shè)計57
• 4.2.4 ADC 外圍電路設(shè)計57-58
• 4.3 基于DSP 的控制器軟件系統(tǒng)設(shè)計58-67
• 4.3.1 軟件系統(tǒng)整體設(shè)計58-64
• 4.3.1.1 編程語言的選擇58-59
• 4.3.1.2 采樣周期的確定59-60
• 4.3.1.3 DSP 硬件資源配置60-62
• 4.3.1.4 數(shù)據(jù)定標62-63
• 4.3.1.5 歸一化處理63-64
• 4.3.2 主程序及功能模塊程序設(shè)計64-67
• 4.3.2.1 主程序流程圖64-65
• 4.3.2.2 中斷程序流程圖65
• 4.3.2.3 查表子程序設(shè)計65-66
• 4.3.2.4 電流控制器程序設(shè)計66-67
• 4.4 本章小結(jié)67-68
• 第五章 系統(tǒng)實驗結(jié)果與分析68-80
• 5.1 仿真實驗68-74
• 5.1.1 典型工作點的靜態(tài)仿真實驗結(jié)果68-71
• 5.1.2 動態(tài)仿真實驗結(jié)果71-74
• 5.2 樣機實驗74-79
• 5.2.1 靜態(tài)實驗波形74-77
• 5.2.2 動態(tài)實驗波形77-79
• 5.3 本章小結(jié)79-80
• 第六章 結(jié)論與展望80-81
• 6.1 全文總結(jié)80
• 6.2 工作展望80-81
• 參考文獻81-84
• 致謝84-85
• 在學期間的研究成果及發(fā)表的學術(shù)論文85-86
• 附錄86-87

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