基于FPGA的双模式光伏测试系统的研究

【摘要】：世界经济的快速发展使得人类对能源需求不断增大，在传统能源有限的情况下，新型能源开始快速发展，其中太阳能产业以其突出优势在新型能源中占据了相当大的比重。随着光伏产业的迅猛发展，对光伏测试系统的要求也逐步提高。针对目前传统的光伏测试仪功能单一、成本过高、体积较大、功耗较高的问题，本文设计了一款面向户外组件使用的双模式手持光伏测试仪。 测试仪基于FPGA设计，使用电容代替传统的可变电阻作为采样负载，提高了测量的连续性以及对开路电压测量的精度；通过增加采样信道的方式，在完成对光伏电池IV曲线等参数测量的同时可以实时的检测光伏电池的工作状态。为了对测量结果进行修正，使用一个温度传感器和一个光电二极管构建检测电路，用于采集当前的温度和光强数据，在后续的数据处理中完成向标准化条件下的校正。使用PGA202/203级联得到16级可控增益，扩大了测量范围，可以满足多样化的测试需求。整个系统只使用两片AD芯片进行数据的转换，FPGA发送选通信号来选择适合的信号通道，以完成对不同数据的采样。单次采样得到的3840组采样信号会存入Flash芯片中，经过简化处理得到的240组数据供液晶屏LCM显示。 使用双指数模型的简化工程数学模型建立TDB100的光伏电池模型，作为仿真输入激励，对参数采样模式下的系统进行仿真测试。将采样得到的数据与模型数据进行比较，曲线吻合完好，测量得到的特性参数误差范围较小。在对实时检测模式进行检测时，使用不同范围内波动的信号作为输入激励，输出信号稳定，最大误差较小，表明系统具有较高的测量精度和良好的可重复性。 【关键词】：光伏组件 户外测试 电容采样 级联放大 实时检测
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM910.7
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 1 绪论8-15
• 1.1 能源现状和太阳能特点8-9
• 1.2 光伏产业发展现状9-12
• 1.3 光伏测试技术的发展现状12-14
• 1.4 本课题的目的和意义14-15
• 2 太阳能电池测试原理15-25
• 2.1 太阳能电池发电原理15-16
• 2.2 太阳能电池相关测试参数16-19
• 2.3 环境因素对太阳能电池输出特性的影响19-21
• 2.4 太阳能电池伏安特性曲线测试方法21-24
• 2.5 实时检测的测试原理24-25
• 3 测试系统硬件电路设计25-38
• 3.1 系统整体设计25-27
• 3.2 采样电路27-35
• 3.3 电源控制电路35-36
• 3.4 存储部分36-38
• 4 系统模块设计38-47
• 4.1 控制模块38-39
• 4.2 初始化模块39-42
• 4.3 采样模块42-43
• 4.4 存储模块43-45
• 4.5 LCM 显示模块45-47
• 5 测试仿真与结果分析47-52
• 5.1 部分模块仿真结果47-48
• 5.2 系统功能测试48-52
• 6 总结52-54
• 致谢54-55
• 参考文献55-59
• 附录 1 攻读硕士学位期间发表的论文59-60
• 附录 2 攻读硕士学位期间申请的专利60

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