太陽能電池陣列模擬器的研究與設(shè)計

【摘要】：在當(dāng)今石化能源日益減少,生態(tài)環(huán)境遭受破壞的情況下,太陽能等可再生能源的探求與利用已成為熱門話題。光伏系統(tǒng)以其良好的環(huán)境效應(yīng)被越來越廣泛的應(yīng)用,但在光伏系統(tǒng)的研發(fā)過程中,太陽能電池陣列由于實驗受到日照強(qiáng)度、環(huán)境溫度的影響,導(dǎo)致實驗成本過高,研發(fā)周期變長。太陽能電池陣列模擬器可以大大縮短光伏系統(tǒng)的研究周期,提高研究效率及研究結(jié)果的可信性。 本文首先敘述了研究太陽能電池陣列模擬器的意義,描述了太陽能電池的外部特性。接著介紹了模擬式的太陽能電池陣列模擬器及其缺點,并提出了數(shù)字式的太陽能電池陣列模擬器。 隨后,本文研究了硅太陽能電池的物理數(shù)學(xué)模型,在此基礎(chǔ)上選擇了適合太陽能電池陣列模擬器的數(shù)學(xué)模型。然后根據(jù)數(shù)學(xué)模型,兼顧模擬器的工作性能,研究了如何確定模擬器工作點的各種算法。 根據(jù)太陽能電池陣列模擬器對硬件電路的要求,本文選擇了正激變換器作為主電路拓?fù)?并對其工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的分析,同時介紹了電路的設(shè)計。本文選擇infineon公司的XC164CS單片機(jī)作為控制器,這是因為太陽能電池陣列模擬器需要實時檢測電路,通過運算處理數(shù)據(jù),最后得到控制量,而XC164CS最高工作頻率可達(dá)40MHz,能夠滿足模擬器的控制需求。 最后,本文給出了實驗結(jié)果,證明所設(shè)計的太陽能電池陣列模擬器具有良好的性能。它的靜態(tài)工作點均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;且能動態(tài)的模擬負(fù)載變化時的工作情況。 【關(guān)鍵詞】：太陽能電池陣列模擬器 正激變換器 XC164CS
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要2-3
• Abstract3-4
• 目錄4-6
• 第一章 緒論6-16
• 1.1 世界能源利用概況6
• 1.2 太陽能的利用6-7
• 1.2.1 太陽能利用概述6-7
• 1.2.2 我國光伏發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀7
• 1.3 太陽能電池7-12
• 1.3.1 太陽能電池簡介7-8
• 1.3.2 太陽能電池的外部特性曲線8-10
• 1.3.3 日照強(qiáng)度對伏安特性的影響10-11
• 1.3.4 電池溫度對伏安特性的影響11-12
• 1.4 太陽能光伏系統(tǒng)12
• 1.5 太陽能電池陣列模擬器12-13
• 1.5.1 模擬式太陽能電池陣列模擬器13
• 1.5.2 數(shù)字式太陽能電池陣列模擬器13
• 1.6 選題的意義13-16
• 1.6.1 課題的意義13-14
• 1.6.2 內(nèi)容及各章安排14-16
• 第二章 太陽能電池陣列模擬器的工作原理16-33
• 2.1 太陽能電池陣列模擬器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)16-17
• 2.2 太陽能電池陣列模擬器的數(shù)學(xué)物理模型17-24
• 2.2.1 太陽能電池工作原理及等效電路17-18
• 2.2.2 太陽能電池的數(shù)學(xué)物理模型18-19
• 2.2.3 太陽能電池陣列模擬器的數(shù)學(xué)模型19-20
• 2.2.4 環(huán)境因數(shù)對模型的影響20
• 2.2.5 模型的驗證20-24
• 2.2.6 模型確立24
• 2.3 太陽能電池陣列模擬器工作點的確定24-32
• 2.3.1 工作點確定原理25-26
• 2.3.2 迭代算法的應(yīng)用26-30
• 2.3.3 算法的具體實現(xiàn)30-32
• 2.4 本章小結(jié)32-33
• 第三章 太陽能電池陣列模擬器主電路的設(shè)計33-58
• 3.1 拓?fù)溥x擇33-38
• 3.1.1 拓?fù)溥x擇要求33-34
• 3.1.2 Buck變換器34
• 3.1.3 反激變換器34-35
• 3.1.4 正激變換器35
• 3.1.5 半橋變換器35-36
• 3.1.6 全橋變換器36-37
• 3.1.7 拓?fù)浔容^37-38
• 3.2 正激變換器的工作原理38-48
• 3.2.1 電流連續(xù)工作狀態(tài)39-41
• 3.2.2 電流斷續(xù)工作狀態(tài)41-42
• 3.2.3 電感電流的分析42-46
• 3.2.4 電路外特性分析46-47
• 3.2.5 正激變換器實現(xiàn)太陽能電池陣列模擬器47-48
• 3.3 主電路的設(shè)計48-57
• 3.3.1 高頻變壓器的設(shè)計49-51
• 3.3.2 功率開關(guān)管MOSFET和輸出二極管的選擇51-52
• 3.3.3 輸出濾波器的設(shè)計52-55
• 3.3.4 緩沖電路的設(shè)計55-57
• 3.4 本章小結(jié)57-58
• 第四章 太陽能電池陣列模擬器控制系統(tǒng)的設(shè)計58-74
• 4.1 太陽能電池陣列模擬器的控制方法58-60
• 4.1.1 電壓單環(huán)反饋控制58-59
• 4.1.2 電壓電流雙環(huán)反饋控制59-60
• 4.2 控制電路的設(shè)計60-64
• 4.2.1 開環(huán)實驗驅(qū)動電路的設(shè)計60-63
• 4.2.2 控制器硬件電路設(shè)計63-64
• 4.3 憶恒(infineon)XC164 CSCS單片機(jī)介紹64-69
• 4.3.1 憶恒XC164CSCS主要性能指標(biāo)簡介64-68
• 4.3.2 XC164CS常用開發(fā)軟件介紹68-69
• 4.4 軟件系統(tǒng)設(shè)計69-73
• 4.4.1 主程序模塊69-70
• 4.4.2 中斷模塊70-73
• 4.5 本章小結(jié)73-74
• 第五章 實驗波形和結(jié)果分析74-83
• 5.1 開環(huán)實驗74-78
• 5.1.1 最大功率點區(qū)域74-75
• 5.1.2 短路工作點區(qū)域75-77
• 5.1.3 開路工作點區(qū)域77-78
• 5.2 閉環(huán)實驗78-82
• 5.2.1 A/D采樣信號檢測78-80
• 5.2.2 靜態(tài)工作點80-81
• 5.2.3 動態(tài)特性測試81-82
• 5.3 本章小結(jié)82-83
• 結(jié)論與展望83-85
• 參考文獻(xiàn)85-88
• 致謝88

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