光伏电池模拟装置研究

【摘要】：无论是人类社会的稳步发展还是世界经济的空前繁荣，都离不开能源的支撑，因此，能源已成为当今世界重要的物质基础。太阳能作为一种外在的、取之不尽的自然资源，在石化能源越来越紧缺的今天备受关注。目前，在太阳能的开发利用上，已经逐渐从过去简单的光-热转换利用开始向大功率江南体育在线直播观看 并网发电发展。在光伏并网发电的研发过程中，太阳能电池阵列模拟器的应用大大缩短了光伏发电系统的研究周期，同时也大大提高了研究效率。 本文首先叙述了光伏阵列模拟器在光伏发电系统研究中的意义，并根据光伏阵列模拟器自身的特点，在本设计中选择数字式光伏阵列模拟器为研究对象，以实现在实际研究中代替光伏阵列的功能。 在光伏阵列模拟器的研究中，首先根据光伏阵列的工作原理，分析并建立了光伏阵列的数学模型，在此基础上推导出光伏阵列的工程计算方法，并建立光伏阵列的仿真模型，在Matlab/Simulink环境中仿真并得到光伏阵列的I-U特性曲线。根据光伏阵列的特性曲线确定本设计中光伏阵列模拟器负载工作点的确定方法，并以曲线拟合的方法生成光伏阵列输出特性拟合曲线，为光伏阵列模拟器的控制研究奠定基础。 其次介绍了光伏阵列模拟装置的系统结构和工作原理，并通过对几种常用的DC/DC直流变换电路拓扑结构及各自功能的对比和根据本设计的实际需要，最终选择Buck-Boost直流变换电路作为数字式光伏阵列模拟器的主功率电路，并对该电路的工作原理进行了简要的分析，根据光伏阵列模拟器的实际运行要求确定了主电路中各主要元件的运行参数。在Matlab/Simulink中建立了数字式光伏阵列模拟装置的仿真模型，并根据实验要求分别进行了仿真，得到相应的仿真结果。 在控制策略上，根据光伏阵列的输出特点对光伏阵列模拟器的控制系统进行设计，本设计中选用STM32F103ZET6的ARM控制器作为光伏阵列模拟器的控制芯片，该芯片具有高性能、低成本、低功耗等特点，最高工作频率可达72MHz，完全满足光伏阵列模拟器的控制需求。 最后，分别给出了本设计中光伏阵列模拟器的静态测试和动态测试的实验波形，通过分析证明本文所设计的光伏阵列模拟器能充分的模拟实际光伏阵列的性能。静态工作点均落在光伏阵列仿真曲线上，并且输出电流电压波形稳定，纹波也完全符合设计要求；动态测试中，系统反应迅速，能够很好地跟踪到新的条件下的工作点上，符合光伏阵列模拟器的动态要求。 【关键词】：光伏阵列模拟器 Buck-Boost直流变换器 STM32F103ZET6
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 太阳能开发利用背景介绍10-11
• 1.2 江南体育在线直播观看 发电系统简介11-13
• 1.2.1 独立光伏发电系统11-12
• 1.2.2 并网光伏发电系统12
• 1.2.3 互补型光伏发电系统12-13
• 1.3 江南体育在线直播观看 发电现状与发展前景13-15
• 1.3.1 世界光伏发电的发展现状13-14
• 1.3.2 中国光伏发电的发展现状14
• 1.3.3 江南体育在线直播观看 发电的发展前景14-15
• 1.4 光伏电池阵列模拟器简介及研究现状15-17
• 1.4.1 模拟式光伏电池阵列模拟器简介16
• 1.4.2 数字式光伏电池阵列模拟器简介16-17
• 1.4.3 光伏阵列模拟器国内外研究现状17
• 1.5 本课题研究的主要内容17-19
• 第2章 光伏电池阵列模拟装置的总体方案设计19-34
• 2.1 光伏电池的物理基础19-21
• 2.1.1 光伏效应的量子物理基础19-20
• 2.1.2 P-N 结的形成20-21
• 2.2 光伏阵列的建模与工程计算方法21-26
• 2.2.1 光伏电池的数学模型21-24
• 2.2.2 光伏电池输出特性的工程计算方法24-26
• 2.3 光伏阵列的仿真研究26-28
• 2.4 光伏电池阵列模拟器的系统结构28
• 2.5 光伏电池阵列模拟器的工作原理28-33
• 2.5.1 光伏电池阵列的负载工作点的确定28-31
• 2.5.2 光伏电池阵列模拟器的控制算法的实现31-33
• 2.6 本章小结33-34
• 第3章 光伏电池阵列模拟装置的主电路设计及仿真34-50
• 3.1 主电路拓扑的选择34-36
• 3.2 Buck-Boost 电路工作过程分析36-40
• 3.2.1 Buck-Boost 主电路拓扑结构36
• 3.2.2 电感电流连续的工作原理和基本关系36-38
• 3.2.3 电感电流断续的工作原理和基本关系38-40
• 3.3 功率电路参数的计算及器件的选择40-42
• 3.3.1 主功率开关元件选择40-41
• 3.3.2 输出滤波器设计41
• 3.3.3 液晶显示器的选择41-42
• 3.4 驱动电路的设计42-43
• 3.5 光伏电池阵列模拟装置的仿真43-49
• 3.5.1 仿真模型的建立43-44
• 3.5.2 仿真结果及分析44-49
• 3.6 本章小结49-50
• 第4章 光伏电池阵列模拟装置控制系统的设计50-63
• 4.1 STM32F103 ARM 控制器概述50-51
• 4.2 控制电路设计51-57
• 4.2.1 控制芯片外围电路设计51-54
• 4.2.2 信号检测电路54-55
• 4.2.3 保护电路55-56
• 4.2.4 LCD 接口电路设计56-57
• 4.3 软件系统的设计57-62
• 4.3.1 主程序的设计57-58
• 4.3.2 中断序的设计58-62
• 4.3.3 LCD 驱动显示程序设计62
• 4.4 本章小结62-63
• 第5章 系统实验与结果分析63-73
• 5.1 静态工作点测试波形及分析63-69
• 5.1.1 最大功率点测试63-64
• 5.1.2 短路工作区测试64-66
• 5.1.3 开路工作区测试66-69
• 5.2 动态工作点测试波形及分析69-72
• 5.3 本章小结72-73
• 结论73-74
• 参考文献74-77
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果77-78
• 致谢78-79
• 附录 A79-80
• 附录 B80

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