数字式太阳能电池阵列模拟器的研究

【摘要】： 当今,随着经济科技的发展,人们对能源的需求量骤然陡增。但像煤炭、石油和天然气这样的不可再生能源的全球总储量又是有限的,人们不可能永无止境地利用它们,所以寻找一种能够替代不可再生能源的话题便悄然而生。经过数十年的探索,风能、太阳能、潮汐能等新能源受到人们越来越多的关注。尤其是对太阳能光伏并网发电系统的研究,已经在许多国家和地区都热火朝天地开展着。虽然光伏发电系统有其无比优越的特性,但其系统开发的进程却屡屡因为昂贵的电池板价格和恶劣的自然条件而受阻。所以开发工具的不足导致了光伏发电系统的开发是昂贵和效率低下的。本文旨在设计一种对光伏并网发电系统的开发至关重要的实验工具—太阳能电池阵列模拟器。 本文首先叙述了研究太阳能电池阵列模拟器的背景和意义。接着论述了太阳能电池的特性,并建立了数学模型。最后根据建立的数学模型提出了找到负载工作点的相关算法,为模拟器系统的开发奠定了理论方面的基础。 根据太阳能电池模拟器对硬件电路的要求,本文提出了使用四级变换形式的主功率电路拓扑结构,并对各级结构的选型和相关器件参数的计算作了介绍说明。系统的控制器选用TI公司的TMS 320 F 2812型号的DSP芯片作为控制器,它高性能的运算能力正是本系统所需要的。 最后,本文给出了实验结果,证明了所设计的太阳能电池阵列模拟器具有良好的稳态和动态性能。它的稳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相吻合;且能动态地模拟负载变化时的动态相应情况。 【关键词】：太阳能电池阵列模拟器 特性曲线 半桥电路
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-17
• 1.1 本课题的研究背景8-11
• 1.1.1 太阳能开发的实际意义8-9
• 1.1.2 太阳能的利用方式和开发潜力9-10
• 1.1.3 太阳能发电的现状与发展10-11
• 1.2 太阳能光伏发电系统介绍11-13
• 1.2.1 太阳能光伏发电系统11-12
• 1.2.2 太阳能电池阵列12-13
• 1.3 本课题研究的内容及意义13-16
• 1.3.1 本课题研究的意义13-14
• 1.3.2 太阳能电池阵列模拟器的简介14-16
• 1.4 本论文内容及各章安排16-17
• 第二章 太阳能电池的工作特性及数学模型17-27
• 2.1 太阳能电池的结构17-18
• 2.2 太阳能电池的工作原理18-19
• 2.3 太阳能电池的等效电路模型19-20
• 2.4 太阳能电池的输出特性20-22
• 2.5 太阳能电池的数学物理模型22-26
• 2.5.1 太阳能电池数学模型的推导22-23
• 2.5.2 环境变化对数学模型的影响23-24
• 2.5.3 太阳能电池数学模型的验证24-26
• 2.6 本章小结26-27
• 第三章 太阳能电池阵列模拟器的系统结构和工作原理27-41
• 3.1 太阳能光伏发电系统27-30
• 3.2 太阳能电池阵列模拟器的系统结构30-31
• 3.3 太阳能电池阵列模拟器的工作原理31-40
• 3.3.1 太阳能电池阵列模拟器负载特性的研究31-34
• 3.3.2 太阳能电池阵列模拟器负载工作点34-35
• 3.3.3 太阳能电池阵列模拟器负载工作点的确定35-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第四章 太阳能电池阵列模拟器主电路的设计41-69
• 4.1 主功率电路的设计42-52
• 4.1.1 电路拓扑结构的选择42-49
• 4.1.2 半桥变换器的工作原理49-52
• 4.2 主功率电路参数的计算及器件的选型52-63
• 4.2.1 高频变压器的设计52-56
• 4.2.2 半桥电路器件的选型56
• 4.2.3 副边整流电路的设计56-57
• 4.2.4 输出滤波器的设计57-59
• 4.2.5 防直流偏磁阻隔电容的选取59-60
• 4.2.6 栅极驱动电路设计60-63
• 4.3 主电路前端电路的设计63-67
• 4.3.1 EMI 滤波器的设计原理64
• 4.3.2 交流整流电路的设计64-67
• 4.4 本章小结67-69
• 第五章 太阳能电池阵列模拟器控制器的设计69-76
• 5.1 处理器外围电路设计69-72
• 5.2 控制器功能模块设计72-74
• 5.3 软件设计74-75
• 5.4 本章总结75-76
• 第六章 实验结果及误差分析76-88
• 6.1 半桥后端电路实验结果76-84
• 6.2 前端有源功率因数校正电路的仿真84-87
• 6.3 本章小结87-88
• 结论与展望88-89
• 致谢89-90
• 参考文献90-91
• 攻硕期间取得的研究成果91-92

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