基于S3C2440的數(shù)字式光伏陣列模擬器的研制

【摘要】：在經濟及科技飛速發(fā)展的今天,能源作為人類社會和經濟發(fā)展最重要的物質基礎,對人類社會各方面的發(fā)展都有著巨大的影響。但不可再生能源又是有限的,人們不可能永無止境地利用它們,所以尋找一種能夠替代不可再生能源始終是研究的熱點,尤其是對太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的研究。雖然光伏發(fā)電系統(tǒng)有許多優(yōu)越的特性,例如太陽能清潔無污染,儲量巨大等,但因為受電池板價格體積以及自然條件的影響大大減緩了其開發(fā)進程。故本文旨在研制一種對光伏發(fā)電系統(tǒng)的開發(fā)至關重要的實驗工具——數(shù)字式光伏陣列模擬器。 本文的研究工作主要包括以下幾點： 1.介紹新能源的利用以及光伏發(fā)電系統(tǒng)的現(xiàn)狀,模擬式光伏陣列模擬器和數(shù)字式光伏陣列模擬器的優(yōu)缺點,光伏陣列電池的特性,光伏電池的工程數(shù)學模型和不同因素對光伏電池的影響等等。 2.利用MATLAB搭建電路系統(tǒng)進行了仿真實驗,完成了單個模擬器系統(tǒng)仿真實驗,不同的參數(shù)對模擬器的影響仿真實驗和串并聯(lián)模擬器系統(tǒng)仿真實驗,并對仿真結果給出了一定的解釋。 3.研究對比了多種拓撲結構,并對原理進行了詳細的分析,最終選擇了帶有假負載的降壓斬波電路作為主電路,同時介紹了電壓電流采樣電路、MOSFET驅動電路、供電電源電路等的設計及器件的選型。 4.深入介紹了利用基于負載曲線的靜態(tài)工作點的搜尋方法,并從線性負載和非線性負載兩個角度利用數(shù)學理論進行了算法可行性驗證。 5.深入研究了光伏特性曲線的生成方法,對查表法、分段擬合法和實時數(shù)值計算法進行了介紹和優(yōu)缺點分析,并對查表法進行了優(yōu)化,創(chuàng)新性地利用基于Ⅰ-Ⅴ曲線長度劃分曲線點的思想對特性曲線進行離散化處理。 6.在控制器S3C2440上編寫軟件算法,并搭建硬件電路進行了實物驗證實驗,完成了靜態(tài)特性驗證實驗和動態(tài)特性驗證實驗,并對實驗結果給出了分析。 總而言之,本課題對數(shù)字式光伏陣列模擬器進行了有益的探索,探索結果對今后更深入的研究有積極的意義。 【關鍵詞】：光伏陣列 模擬器 S3C2440
【學位授予單位】：東華大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM615
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 研究的歷史12-13
• 1.3 研究的現(xiàn)狀13-15
• 1.3.1 國外現(xiàn)狀13-14
• 1.3.2 國內現(xiàn)狀14-15
• 1.4 光伏陣列模擬器概述15-17
• 1.4.1 模擬式光伏陣列模擬器15-17
• 1.4.2 數(shù)字式光伏陣列模擬器17
• 1.5 本文的內容17-19
• 第二章 光伏陣列電池的工作原理及數(shù)學物理模型19-24
• 2.1 光伏電池的結構19
• 2.2 光伏電池的工作原理19-20
• 2.3 光伏陣列電池的等效電路20-21
• 2.4 光伏陣列電池的工程數(shù)學模型21-23
• 2.4.1 光伏陣列電池的工程數(shù)學模型21-22
• 2.4.2 環(huán)境因素對模型的影響22-23
• 2.5 本章小結23-24
• 第三章 光伏陣列模擬器的方案設計24-32
• 3.1 光伏陣列模擬器的系統(tǒng)指標24
• 3.2 光伏陣列模擬器的系統(tǒng)結構24-26
• 3.3 系統(tǒng)的MATLAB仿真26-31
• 3.3.1 負載突變對輸出的影響26-27
• 3.3.2 輸出濾波電感變化對輸出的影響27
• 3.3.3 輸出濾波電容變化對輸出的影響27-28
• 3.3.4 系統(tǒng)串并聯(lián)MATLAB仿真28-31
• 3.4 本章小結31-32
• 第四章 光伏陣列模擬器的硬件設計32-45
• 4.1 功率電路的設計32-41
• 4.1.1 拓撲結構的比較分析33-36
• 4.1.2 拓撲結構的確定36
• 4.1.3 主電路器件的選型36-41
• 4.2 信號采集電路的設計41-43
• 4.2.1 負載電壓采樣電路設計41-42
• 4.2.2 負載電流采樣電路設計42-43
• 4.3 驅動電路的設計43
• 4.4 供電電源模塊的設計43-44
• 4.5 本章小結44-45
• 第五章 光伏陣列模擬器的控制算法及軟件設計45-56
• 5.1 負載工作點確定的算法設計45-48
• 5.2 PID參數(shù)選取48-49
• 5.3 Ⅰ-Ⅴ特性曲線的生成49-52
• 5.4 S3C2440控制器簡介52-53
• 5.5 軟件系統(tǒng)設計53-55
• 5.6 本章小結55-56
• 第六章 實驗波形和結果分析56-62
• 6.1 靜態(tài)工作點及分析56-60
• 6.2 動態(tài)特性及分析60-61
• 6.2.1 負載由94.9歐姆階躍到13.5歐姆時實驗波形60
• 6.2.2 負載由13.5歐姆階躍到94.9歐姆時實驗波形60-61
• 6.3 本章小結61-62
• 第七章 總結與展望62-63
• 7.1 總結62
• 7.2 展望62-63
• 參考文獻63-66
• 附錄 碩士期間發(fā)表的論文與專利66-67
• 致謝67

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