太陽能電池陣列模擬器的研究與設(shè)計(jì)

【摘要】： 21世紀(jì),人類面臨著實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會可持續(xù)發(fā)展的重大挑戰(zhàn),能源問題越來越突出,太陽能等可再生能源逐漸成為人類關(guān)注的焦點(diǎn)。時至今日,人類對光伏系統(tǒng)的研究越來越深入廣泛,但在光伏系統(tǒng)的研發(fā)過程中,太陽能電池由于受日照強(qiáng)度、環(huán)境溫度影響較大,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)成本過高,研發(fā)周期變長。太陽能電池陣列模擬器便能較好地解決這一問題。 本文首先對比了模擬式太陽能電池模擬器和數(shù)字式太陽能電池模擬器的優(yōu)缺點(diǎn),選取了數(shù)字式太陽能電池陣列模擬器作為研究對象,并對研究太陽能電池陣列模擬器的實(shí)際意義作了闡述。隨后描述了太陽能電池的輸出特性,討論了適合工程計(jì)算的太陽能電池陣列數(shù)學(xué)物理模型。 本文研究的太陽能電池陣列模擬器由功率電路和控制電路兩部分組成。功率電路選取了半橋型DC/DC電路作為主電路拓?fù)?對其工作過程進(jìn)行了分析,并對各部分電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)。然后設(shè)計(jì)了電壓電流雙閉環(huán)調(diào)節(jié)器,在此基礎(chǔ)之上用PSIM仿真軟件對所設(shè)計(jì)的太陽能電池陣列模擬器進(jìn)行了仿真,包括靜態(tài)工作點(diǎn)的仿真以及動態(tài)響應(yīng)速度的仿真,通過仿真驗(yàn)證了模擬器能夠達(dá)到所要求指標(biāo)。 控制電路板是整個模擬器的核心控制部分,通過控制運(yùn)算提供輸出電壓的參考值,進(jìn)而提供控制功率管開通關(guān)斷的PWM信號。本文選取了microchip公司的dsPIC30F2023作為主控制芯片,分析了該型號微處理芯片的性能特點(diǎn),介紹了模擬信號采樣電路、232通訊電路、人機(jī)交互界面電路等外圍電路的硬件設(shè)計(jì),調(diào)節(jié)器采用了數(shù)字PID控制。 在MPLAB集成開發(fā)環(huán)境中進(jìn)行了軟件方案的設(shè)計(jì),主要包括主程序、生成PWM程序、AD采樣、故障處理、人機(jī)交互程序等,介紹了各個模塊的程序流程。 軟硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后,最終實(shí)現(xiàn)了太陽能電池陣列模擬器,可以為光伏系統(tǒng)的研究提供一個良好的實(shí)驗(yàn)平臺。 【關(guān)鍵詞】：太陽能電池陣列模擬器 半橋型DC/DC變換器 dsPIC30F2023
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要10-11
• ABSTRACT11-13
• 符號說明13-14
• 第一章 緒論14-20
• 1.1 目前世界能源概況及課題研究背景14-15
• 1.1.1 能源與環(huán)保是可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容14-15
• 1.1.2 太陽能是我國可利用的最重要的新能源之一15
• 1.2 太陽能光伏發(fā)電及我國發(fā)展現(xiàn)狀15-16
• 1.3 太陽能電池陣列模擬器16-18
• 1.3.1 模擬式太陽能電池陣列模擬器17
• 1.3.2 數(shù)字式太陽能電池陣列模擬器17-18
• 1.4 選題的意義及論文內(nèi)容安排18-20
• 1.4.1 選題的意義18
• 1.4.2 本文內(nèi)容安排18-20
• 第二章 太陽能電池陣列的建模20-34
• 2.1 太陽能電池陣列模擬器的工作原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)20-21
• 2.1.1 工作原理20
• 2.1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)20-21
• 2.2 太陽能電池21-24
• 2.2.1 太陽能電池簡介21
• 2.2.2 太陽能電池的工作原理21-22
• 2.2.3 太陽能電池的輸出特性22-23
• 2.2.4 日照和溫度對太陽能電池輸出特性的影響23-24
• 2.3 太陽能電池陣列的數(shù)學(xué)物理模型24-34
• 2.3.1 太陽能電池單體的等效電路25
• 2.3.2 太陽能電池的數(shù)學(xué)模型25-26
• 2.3.3 太陽能電池特性曲線數(shù)據(jù)的工程計(jì)算方法26-31
• 2.3.4 太陽能電池陣列的數(shù)學(xué)模型31-34
• 第三章 太陽能電池陣列模擬器主電路的選取與設(shè)計(jì)34-50
• 3.1 DC/DC變換器常用電路拓?fù)?/span>34-42
• 3.1.1 非隔離型DC/DC變換器34-37
• 3.1.2 隔離型DC/DC變換器37-41
• 3.1.3 主電路拓?fù)涞倪x擇41-42
• 3.2 半橋型DC/DC變換器工作過程分析42-47
• 3.3 主電路主要器件的選取47-50
• 3.3.1 濾波電感L_f47
• 3.3.2 濾波電容C_o47-48
• 3.3.3 功率管及其驅(qū)動的選擇48-50
• 第四章 太陽能電池陣列模擬器控制方案設(shè)計(jì)及其仿真50-64
• 4.1 控制方法50-53
• 4.1.1 峰值電流控制50-51
• 4.1.2 滯環(huán)控制51
• 4.1.3 平均值電流控制51-52
• 4.1.4 拋物線電流控制52
• 4.1.5 V~2控制52-53
• 4.2 調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)53-57
• 4.3 仿真研究57-64
• 4.3.1 PSIM仿真軟件簡介57
• 4.3.2 仿真原理圖57-58
• 4.3.3 仿真結(jié)果與分析58-64
• 第五章 基于dsPIC30F2023的太陽能電池陣列模擬器設(shè)計(jì)64-86
• 5.1 dsPIC30F2023特性及其配置64-67
• 5.1.1 dsPIC30F2023簡介64
• 5.1.2 中央處理器CPU64-65
• 5.1.3 存儲器構(gòu)成65
• 5.1.4 中斷65-66
• 5.1.5 開關(guān)電源比較器模塊與PWM模塊66
• 5.1.6 模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)模塊66-67
• 5.1.7 時鐘配置67
• 5.2 功率電路板的設(shè)計(jì)67-71
• 5.2.1 輸入整流電路67-69
• 5.2.2 驅(qū)動電路69-71
• 5.3 控制電路板的設(shè)計(jì)71-77
• 5.3.1 電壓調(diào)理電路設(shè)計(jì)71-72
• 5.3.2 斜坡產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)72-73
• 5.3.3 電流調(diào)理電路設(shè)計(jì)73-74
• 5.3.4 232通訊接口設(shè)計(jì)74-76
• 5.3.5 人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)76-77
• 5.4 PID算法的數(shù)字實(shí)現(xiàn)77-81
• 5.4.1 比例控制算法77-78
• 5.4.2 積分控制算法78
• 5.4.3 微分控制算法78-79
• 5.4.4 增量式PID控制算法79
• 5.4.5 數(shù)字PID參數(shù)的整定79-81
• 5.5 軟件設(shè)計(jì)81-86
• 5.5.1 主程序81-82
• 5.5.2 PWM產(chǎn)生軟件設(shè)計(jì)82-83
• 5.5.3 A/D采樣軟件設(shè)計(jì)83
• 5.5.4 人機(jī)交互通訊軟件設(shè)計(jì)83-86
• 第六章 結(jié)論與展望86-88
• 6.1 本文工作總結(jié)86
• 6.2 工作展望86-88
• 參考文獻(xiàn)88-92
• 致謝92-93
• 學(xué)位論文評閱及答辯情況表93

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