基于DSP与dsPIC的数字式太阳能电池阵列模拟器研究

【摘要】： 在当今石化能源日益减少,生念环境遭受破坏的情况下,太阳能等可再生能源的探求与利用已成为热门话题。光伏系统以其良好的环境效应被越来越广泛的应用,但在光伏系统的研发过程中,作为能量转换的太阳能电池阵列的外部特性受到日照强度、环境温度的影响,导致实验成本过高、研发周期变长。太阳能电池阵列模拟器可以大大缩短光伏系统的研究周期,提高研究效率及研究结果的可信性。 本文研究了硅太阳能电池的数学物理模型,选择了适合太阳能电池阵列模拟器的数学模型。然后根据数学模型,兼顾模拟器的工作性能,选择了逐点差值法作为确定模拟器工作点的迭代算法。 本文设计500W太阳能电池阵列模拟器的目的是为研究大功率模拟器的主电路结构提供设计方案。根据大功率模拟器对拓朴电路的要求,选择了DC-DC全桥变换器作为主电路拓扑。控制核心基于TI公司的TMS320LF2407数字信号处理(DSP)芯片与Microchip的数字信号控制器dsPIC30F2020的组合。全数字化控制大大简化了硬件电路,实现了对整个电源转换回路进行数字控制的应用,通过运行其软件实现了对电源工作过程的全面控制。 控制策略在电压电流双闭环控制的基础上,提出了将电压外环由增量式的PI控制算法改进为积分分离的PI控制算法,缩短了电压外环的调整时间,兼顾了快速性与稳定性。 由于实验调试时间有限,本文给出了仿真实验结果。证明了所设计的太阳能电池阵列模拟器具有良好的性能。它的静态工作点均与所模拟的太阳能电池阵列Ⅰ-Ⅴ输出特性曲线上的各点吻合,且能动态的模拟负载变化时的工作情况。 【关键词】：太阳能电池阵列模拟器 全桥变换器 TMS320LF2407 dsPIC30F2020
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 致谢7-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 太阳能的利用12-13
• 1.1.1 太阳能概况及利用前景12-13
• 1.1.2 光伏技术的发展及我国光伏技术的现状13
• 1.2 太阳能电池阵列模拟器13-16
• 1.2.1 课题的研究意义13-14
• 1.2.2 国内外研究状况14-16
• 1.3 本文主要内容16-18
• 第二章 太阳能电池阵列模拟器的工作原理18-40
• 2.1 太阳能电池的基本原理18-21
• 2.1.1 太阳能电池I-V特性曲线18-19
• 2.1.2 温度、日照强度变化对太阳能电池的影响图19-20
• 2.1.3 太阳能电池的标准测试条件20
• 2.1.4 太阳能电池阵列20-21
• 2.2 太阳能电池阵列的数学物理模型21-35
• 2.2.1 太阳能电池光伏效应的原理21-28
• 2.2.2 太阳能电池阵列的数学物理模型28
• 2.2.3 环境因素对模型的影响28-30
• 2.2.4 实用模型的建立30-35
• 2.3 太阳能电池阵列模拟器的工作原理35-39
• 2.3.1 确定模拟器工作点的原理35-36
• 2.3.2 模拟器的控制算法36-38
• 2.3.3 控制算法的分析与确立38-39
• 2.4 本章小节39-40
• 第三章 数字式太阳能电池阵列模拟器主电路设计40-53
• 3.1 模拟器的系统结构40
• 3.2 主电路设计40-51
• 3.2.1 主电路拓扑结构40-42
• 3.2.2 主电路工作原理42-43
• 3.2.3 输入滤波电容的计算43-45
• 3.2.4 高频变压器的设计45-49
• 3.2.5 主功率管的选择49
• 3.2.6 输出整流二极管的选择49
• 3.2.7 输出滤波器的设计49-51
• 3.2.8 缓启动设计51
• 3.3 本章小结51-53
• 第四章 数字式太阳能电池阵列模拟器的仿真实现53-60
• 4.1 仿真系统的建模53-56
• 4.2 仿真结果及分析56-59
• 4.2.1 系统稳态特性仿真及迭代步长分析56-58
• 4.2.2 系统动态性能仿真58-59
• 4.3 本章小节59-60
• 第五章 基于DSP与DSPIC的控制电路设计60-72
• 5.1 控制电路硬件设计特点60-61
• 5.2 实现控制功能描述61
• 5.3 模拟器主控电路61-64
• 5.4 系统检测电路64-65
• 5.5 软件设计65-71
• 5.6 本章小节71-72
• 第六章 结论与展望72-75
• 6.1 全文总结72-73
• 6.2 展望73-75
• 参考文献75-77

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