基于DSP的数字光伏阵列模拟器研究

【摘要】：太阳能是人类未来能源的重要组成部分,光伏发电系统因无污染排放、可靠性高、能抵挡恶劣天气条件等优点,具有广阔的发展前景。在光伏发电技术的研究中,光伏阵列模拟器可以在室内模拟各种条件下太阳能电池的工作情况,有效减小研发周期和成本。 在介绍太阳能利用的研究背景和现状基础上,首先对模拟式和数字式光伏阵列模拟器的原理和特点进行介绍,总结了模拟器的国内外发展现状及趋势。随后阐述了太阳能电池的工作原理、输出特性、以及光照和温度特性,选取模拟精度较高的太阳能电池工程数学模型作为本课题的模型,可以模拟不同光照强度和温度下的输出特性。 通过对几种常用的光伏阵列模拟器主电路拓扑结构的研究,本文提出了一种由单相PWM整流电路和Buck电路组成的主电路拓扑结构,详细分析了两级电路的工作过程,叙述了主电路滤波器参数的设计方法。 接下来介绍本课题的控制策略,单相PWM整流器采用双闭环控制策略,为了消除内环无差拍电流控制中控制延时的影响,本文提出了改进无差拍电流预测控制算法,推导改进算法的离散传递函数,分析电感参数和采样时间对系统动、静态性能的影响,并针对电网电流波形进行THD分析。Buck电路的控制方法为采样负载两端电压计算负载的参考电流。在太阳能工程数学模型的基础上,运用查表法和计算法相结合的方法生成输出特性曲线。 搭建了以DSP TMS320F28335为核心控制芯片的小功率光伏模拟器实验平台,平台主要分为功率电路、控制电路和基于LabVIEW的人机交互系统三部分。论文介绍了各部分的关键电路设计,然后对控制算法的程序流程及LabVIEW的通信设计进行了说明。在此平台上进行单相PWM整流和光伏模拟器实验,仿真和实验结果证明了采用本文所提出的拓扑结构和控制策略的正确性,光伏模拟器具有良好的动、静态特性,且输出特性与实际比较相符。 【关键词】：光伏阵列模拟器 单相PWM整流 无差拍电流控制 LabVIEW
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-13
• 1.1 太阳能的利用8-9
• 1.2 光伏阵列模拟器9-11
• 1.2.1 模拟式光伏阵列模拟器9-10
• 1.2.2 数字式光伏阵列模拟器10-11
• 1.3 国内外发展现状及发展趋势11-12
• 1.4 本文的主要研究内容及各章安排12-13
• 2 太阳能电池的工作特性及其数学模型13-21
• 2.1 太阳能电池的工作特性13-15
• 2.1.1 太阳能电池的结构及工作原理13-14
• 2.1.2 输出特性14-15
• 2.1.3 光照和温度特性15
• 2.2 太阳能电池的数学模型15-19
• 2.2.1 等效电路模型15-16
• 2.2.2 工程数学模型16-17
• 2.2.3 分段拟合模型17-18
• 2.2.4 平抛运动学模型18-19
• 2.3 模型的选取及仿真19-20
• 2.4 本章小结20-21
• 3 光伏阵列模拟器主电路设计和工作原理分析21-27
• 3.1 模拟器主电路设计21-22
• 3.2 单相PWM整流电路22-24
• 3.2.1 工作模式分析22-23
• 3.2.2 电路参数计算23-24
• 3.3 Buck电路24-26
• 3.3.1 工作过程分析24-25
• 3.3.2 输出滤波器参数选择25-26
• 3.4 本章小结26-27
• 4 光伏阵列模拟器控制策略27-45
• 4.1 单相P W M整流器控制策略27-38
• 4.1.1 无差拍电流控制27-28
• 4.1.2 改进无差拍电流预测控制28-30
• 4.1.3 改进无差拍电流预测控制系统性能分析30-32
• 4.1.4 SOGI锁相环设计32-34
• 4.1.5 直流电压外环控制34
• 4.1.6 电网电流谐波分析34-36
• 4.1.7 仿真结果分析36-38
• 4.2 Buck电路控制策略38-40
• 4.2.1 Buck电路控制方法38
• 4.2.2 光伏曲线生成方法38-39
• 4.2.3 仿真结果分析39-40
• 4.3 光伏模拟器系统仿真与分析40-44
• 4.4 本章小结44-45
• 5 系统设计与实验45-58
• 5.1 系统硬件设计45-49
• 5.1.1 功率电路设计45-47
• 5.1.2 控制电路设计47-49
• 5.2 系统软件设计49-51
• 5.3 LabVIEW通信与界面设计51-53
• 5.3.1 LabVIEW串行通信51-52
• 5.3.2 模拟器数据显示与界面设计52-53
• 5.4 实验结果分析53-57
• 5.4.1 单相PWM整流器双闭环实验53-54
• 5.4.2 光伏模拟器实验54-57
• 5.5 本章小结57-58
• 6 结论与展望58-60
• 6.1 全文总结58-59
• 6.2 展望59-60
• 参考文献60-63
• 申请学位期间的研究成果及发表的学术论文63-64
• 致谢64

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