數(shù)字式光伏電池模擬器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

【摘要】：隨著世界各國(guó)工業(yè)的迅猛發(fā)展,能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化問題越來越受到人們的重視。近幾年,太陽能作為一種新型的可再生能源被世界各國(guó)廣泛推廣。在光伏系統(tǒng)研發(fā)過程中,光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度等都會(huì)對(duì)光伏電池產(chǎn)生影響,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)成本過高,研發(fā)周期過長(zhǎng)的問題。為了方便光伏系統(tǒng)的研究,本文研究與設(shè)計(jì)了一種數(shù)字式光伏電池模擬器來解決上述問題。本文首先介紹了太陽能開發(fā)利用的背景和意義,光伏電池模擬器的分類以及國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀；其次通過對(duì)光伏電池的工作原理、等效電路的研究分析,推導(dǎo)出了光伏電池的數(shù)學(xué)物理模型；然后利用MATLAB/Simulink建立了光伏電池的數(shù)學(xué)仿真模型,通過仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性和實(shí)用性；最后進(jìn)行了模擬器系統(tǒng)的整體硬件設(shè)計(jì)和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)中,數(shù)字式光伏電池模擬器采用了兩級(jí)電路,分為前級(jí)開關(guān)預(yù)穩(wěn)壓電路和后級(jí)數(shù)控穩(wěn)壓電路。前級(jí)開關(guān)預(yù)穩(wěn)壓電路以交流市電作為輸入,經(jīng)過保護(hù)和EMI濾波、整流、TL494 PWM推挽放大、半橋式開關(guān)穩(wěn)壓以及輸出整流濾波實(shí)現(xiàn)了+24V電源的穩(wěn)定輸出。后級(jí)數(shù)控穩(wěn)壓電路利用ST公司的STM32F103VET6作為控制核心,利用A/D和D/A實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)控穩(wěn)壓電路電壓、電流值采樣測(cè)量和設(shè)定。數(shù)字式光伏電池模擬器的核心本質(zhì)上是符合光伏電池輸出特性的數(shù)控電源。本設(shè)計(jì)中,采用STM32F103VET6作為系統(tǒng)的控制核心,利用Keil uVision4進(jìn)行編程,利用逐點(diǎn)差值比較和滑動(dòng)平均值濾波實(shí)現(xiàn)了模擬器靜態(tài)工作點(diǎn)的選取和定位,使得模擬器能輸出符合光伏電池輸出特性的曲線。在整體硬件電路設(shè)計(jì)完之后,本文利用Altium Designer Summer 09完成了原理圖和PCB板圖設(shè)計(jì),經(jīng)過焊接、調(diào)試、裝配完成了模擬器的整體制作。最后測(cè)試了模擬器的靜態(tài)工作特性和動(dòng)態(tài)工作特性。通過分析測(cè)試結(jié)果可以看出：本文研制的數(shù)字式光伏電池模擬器完全符合設(shè)計(jì)要求,能夠很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏電池輸出特性的模擬。 【關(guān)鍵詞】：光伏電池模擬器 開關(guān)預(yù)穩(wěn)壓 數(shù)控穩(wěn)壓 TL494 STM32F103VET6
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 中文摘要8-9
• Abstract9-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 研究背景及意義11-13
• 1.1.1 研究背景11-12
• 1.1.2 研究意義12-13
• 1.2 光伏電池模擬器簡(jiǎn)述13-15
• 1.2.1 模擬式光伏電池模擬器13-14
• 1.2.2 數(shù)字式光伏電池模擬器14-15
• 1.3 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀15-16
• 1.4 本文的研究?jī)?nèi)容與組織結(jié)構(gòu)16-17
• 第2章 光伏電池的工作特性及數(shù)學(xué)模型的研究17-25
• 2.1 光伏電池簡(jiǎn)介17-18
• 2.2 光伏電池的工作特性18-20
• 2.2.1 光伏電池的工作原理18-19
• 2.2.2 光伏電池的等效電路19-20
• 2.3 光伏電池的數(shù)學(xué)模型20-21
• 2.3.1 光伏電池的數(shù)學(xué)模型20-21
• 2.3.2 環(huán)境因素對(duì)模型的影響21
• 2.4 基于MATLAB/Simulink的光伏電池?cái)?shù)學(xué)模型仿真21-24
• 2.4.1 Simulink子系統(tǒng)模型封裝22-23
• 2.4.2 光伏電池模型仿真分析23-24
• 2.5 本章小結(jié)24-25
• 第3章 數(shù)字式光伏電池模擬器的硬件電路設(shè)計(jì)25-48
• 3.1 數(shù)字式光伏電池模擬器的系統(tǒng)指標(biāo)25
• 3.2 數(shù)字式光伏電池模擬器的硬件電路設(shè)計(jì)概述25-26
• 3.3 數(shù)字式光伏電池模擬器的開關(guān)預(yù)穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)26-38
• 3.3.1 保護(hù)和EMI濾波電路設(shè)計(jì)26-27
• 3.3.2 整流濾波電路設(shè)計(jì)27-28
• 3.3.3 高頻變壓器設(shè)計(jì)28-30
• 3.3.4 PWM集成控制器設(shè)計(jì)30-35
• 3.3.5 推挽式隔離驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)35-36
• 3.3.6 他激型半橋式開關(guān)電路設(shè)計(jì)36-38
• 3.3.7 低壓整流濾波輸出電路38
• 3.4 數(shù)字式光伏電池模擬器的數(shù)控穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)38-47
• 3.4.1 MCU控制器簡(jiǎn)介39-41
• 3.4.2 電源系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)41-43
• 3.4.3 MCU系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)43-45
• 3.4.4 數(shù)控穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)45-47
• 3.5 本章小結(jié)47-48
• 第4章 數(shù)字式光伏電池模擬器的控制算法與軟件設(shè)計(jì)48-57
• 4.1 數(shù)字式光伏電池模擬器的控制算法48-53
• 4.1.1 數(shù)字式光伏電池模擬器靜態(tài)工作點(diǎn)48-49
• 4.1.2 數(shù)字式光伏電池模擬器的工作原理分析49-50
• 4.1.3 數(shù)字式光伏電池模擬器負(fù)載工作點(diǎn)的確定50-53
• 4.2 數(shù)字式光伏電池模擬器的軟件設(shè)計(jì)53-56
• 4.2.1 程序開發(fā)平臺(tái)53
• 4.2.2 主控制程序設(shè)計(jì)53-56
• 4.2.3 系統(tǒng)保護(hù)程序設(shè)計(jì)56
• 4.3 本章小結(jié)56-57
• 第5章 實(shí)驗(yàn)調(diào)試及結(jié)果分析57-67
• 5.1 硬件電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)57-59
• 5.1.1 電路原理圖設(shè)計(jì)57
• 5.1.2 PCB電路板設(shè)計(jì)57-59
• 5.2 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析59-66
• 5.2.1 前級(jí)開關(guān)預(yù)穩(wěn)壓輸出測(cè)試59-61
• 5.2.2 靜態(tài)特性實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析61-65
• 5.2.3 動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析65-66
• 5.3 本章小結(jié)66-67
• 第6章 結(jié)論與展望67-69
• 參考文獻(xiàn)69-73
• 致謝73-74
• 附件74

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