基于DSP的數(shù)字光伏陣列模擬器研究

【摘要】：太陽能是人類未來能源的重要組成部分,光伏發(fā)電系統(tǒng)因無污染排放、可靠性高、能抵擋惡劣天氣條件等優(yōu)點,具有廣闊的發(fā)展前景。在光伏發(fā)電技術(shù)的研究中,光伏陣列模擬器可以在室內(nèi)模擬各種條件下太陽能電池的工作情況,有效減小研發(fā)周期和成本。 在介紹太陽能利用的研究背景和現(xiàn)狀基礎(chǔ)上,首先對模擬式和數(shù)字式光伏陣列模擬器的原理和特點進行介紹,總結(jié)了模擬器的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢。隨后闡述了太陽能電池的工作原理、輸出特性、以及光照和溫度特性,選取模擬精度較高的太陽能電池工程數(shù)學(xué)模型作為本課題的模型,可以模擬不同光照強度和溫度下的輸出特性。 通過對幾種常用的光伏陣列模擬器主電路拓撲結(jié)構(gòu)的研究,本文提出了一種由單相PWM整流電路和Buck電路組成的主電路拓撲結(jié)構(gòu),詳細分析了兩級電路的工作過程,敘述了主電路濾波器參數(shù)的設(shè)計方法。 接下來介紹本課題的控制策略,單相PWM整流器采用雙閉環(huán)控制策略,為了消除內(nèi)環(huán)無差拍電流控制中控制延時的影響,本文提出了改進無差拍電流預(yù)測控制算法,推導(dǎo)改進算法的離散傳遞函數(shù),分析電感參數(shù)和采樣時間對系統(tǒng)動、靜態(tài)性能的影響,并針對電網(wǎng)電流波形進行THD分析。Buck電路的控制方法為采樣負載兩端電壓計算負載的參考電流。在太陽能工程數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上,運用查表法和計算法相結(jié)合的方法生成輸出特性曲線。 搭建了以DSP TMS320F28335為核心控制芯片的小功率光伏模擬器實驗平臺,平臺主要分為功率電路、控制電路和基于LabVIEW的人機交互系統(tǒng)三部分。論文介紹了各部分的關(guān)鍵電路設(shè)計,然后對控制算法的程序流程及LabVIEW的通信設(shè)計進行了說明。在此平臺上進行單相PWM整流和光伏模擬器實驗,仿真和實驗結(jié)果證明了采用本文所提出的拓撲結(jié)構(gòu)和控制策略的正確性,光伏模擬器具有良好的動、靜態(tài)特性,且輸出特性與實際比較相符。 【關(guān)鍵詞】：光伏陣列模擬器 單相PWM整流 無差拍電流控制 LabVIEW
【學(xué)位授予單位】：北方工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM615
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 緒論8-13
• 1.1 太陽能的利用8-9
• 1.2 光伏陣列模擬器9-11
• 1.2.1 模擬式光伏陣列模擬器9-10
• 1.2.2 數(shù)字式光伏陣列模擬器10-11
• 1.3 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢11-12
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容及各章安排12-13
• 2 太陽能電池的工作特性及其數(shù)學(xué)模型13-21
• 2.1 太陽能電池的工作特性13-15
• 2.1.1 太陽能電池的結(jié)構(gòu)及工作原理13-14
• 2.1.2 輸出特性14-15
• 2.1.3 光照和溫度特性15
• 2.2 太陽能電池的數(shù)學(xué)模型15-19
• 2.2.1 等效電路模型15-16
• 2.2.2 工程數(shù)學(xué)模型16-17
• 2.2.3 分段擬合模型17-18
• 2.2.4 平拋運動學(xué)模型18-19
• 2.3 模型的選取及仿真19-20
• 2.4 本章小結(jié)20-21
• 3 光伏陣列模擬器主電路設(shè)計和工作原理分析21-27
• 3.1 模擬器主電路設(shè)計21-22
• 3.2 單相PWM整流電路22-24
• 3.2.1 工作模式分析22-23
• 3.2.2 電路參數(shù)計算23-24
• 3.3 Buck電路24-26
• 3.3.1 工作過程分析24-25
• 3.3.2 輸出濾波器參數(shù)選擇25-26
• 3.4 本章小結(jié)26-27
• 4 光伏陣列模擬器控制策略27-45
• 4.1 單相P W M整流器控制策略27-38
• 4.1.1 無差拍電流控制27-28
• 4.1.2 改進無差拍電流預(yù)測控制28-30
• 4.1.3 改進無差拍電流預(yù)測控制系統(tǒng)性能分析30-32
• 4.1.4 SOGI鎖相環(huán)設(shè)計32-34
• 4.1.5 直流電壓外環(huán)控制34
• 4.1.6 電網(wǎng)電流諧波分析34-36
• 4.1.7 仿真結(jié)果分析36-38
• 4.2 Buck電路控制策略38-40
• 4.2.1 Buck電路控制方法38
• 4.2.2 光伏曲線生成方法38-39
• 4.2.3 仿真結(jié)果分析39-40
• 4.3 光伏模擬器系統(tǒng)仿真與分析40-44
• 4.4 本章小結(jié)44-45
• 5 系統(tǒng)設(shè)計與實驗45-58
• 5.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計45-49
• 5.1.1 功率電路設(shè)計45-47
• 5.1.2 控制電路設(shè)計47-49
• 5.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計49-51
• 5.3 LabVIEW通信與界面設(shè)計51-53
• 5.3.1 LabVIEW串行通信51-52
• 5.3.2 模擬器數(shù)據(jù)顯示與界面設(shè)計52-53
• 5.4 實驗結(jié)果分析53-57
• 5.4.1 單相PWM整流器雙閉環(huán)實驗53-54
• 5.4.2 光伏模擬器實驗54-57
• 5.5 本章小結(jié)57-58
• 6 結(jié)論與展望58-60
• 6.1 全文總結(jié)58-59
• 6.2 展望59-60
• 參考文獻60-63
• 申請學(xué)位期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文63-64
• 致謝64

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