数字式光伏阵列模拟器的研制

【摘要】： 本文首先介绍了光伏发电的原理，对光伏应用的现状和发展前景进行了评估和展望。总结了国内外目前在太阳能电池模拟器方面的研究现状，分析了现存模拟器的优缺点。在此基础上，本文叙述了研制数字式光伏阵列模拟器的意义，确定了本文研制的数字式光伏阵列模拟器的性能特点和主要技术指标。 本文根据光伏阵列的精确物理模型，分析研究了易于计算的两种近似模型，并且进行了软件仿真。根据本文所用微控制器的AD转换精度和PWM输出控制精度，研究了解析模型的数字化问题。本文研究了基于等步长搜索法和区间二分法的负载工作点确定算法，给出了详细运算过程。本文对数字PID控制在数字式光伏阵列模拟器中的应用进行了研究，并且使用matlab对整个模拟器进行了仿真，验证了负载工作点确定算法和数字PID控制的正确性。 本设计中，模拟器的功率电路部分采用移相全桥电路。本文分析了移相全桥电路的工作原理和主要特点，详细分析了电路在半个工作周期中工作状态，并且对软开关的实现条件进行了探讨。本文对功率电路各个部分进行了精心设计，包括输入整流和逆变桥、功率变压器、输出整流和滤波电路、隔离驱动电路，使得功率电路能够达到设计所要求的各项指标。 本文选用Infineon公司的16位单片机XC167作为模拟器控制电路的主控制器。本文分析了该型单片机的性能特点和优势，分析了通过该单片机的外设单元实现模数转换、移相PWM波形生成等检测和控制功能的硬件实现方式，本文同时介绍了电压采样调理电路和电流采样调理电路的设计。软件方面，简要介绍了XC167的开发软件和相应的C语言扩展，较为详细地论述了软件系统的具体实现，包括各个模块的程序流程，重点分析了数字滤波的编程实现。 本文最后给出了在闭环下，系统工作在负载工作点时的稳态输出波形。通过实验检测，证明了本文研制的数字式光伏阵列模拟器能够较好地实现对真实光伏阵列输出特性的模拟。 【关键词】：光伏阵列模拟器 移相全桥变换器 XC167
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TP337
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 光伏发电背景介绍9-12
• 1.1.1 光伏发电的原理9
• 1.1.2 光伏电池的外特性9-11
• 1.1.3 光伏发电的现状与展望11-12
• 1.2 光伏阵列模拟器介绍12-13
• 1.2.1 光伏阵列模拟器的作用12
• 1.2.2 光伏阵列模拟器的主要分类和特点12-13
• 1.3 本文研制的模拟器介绍13
• 1.4 研究内容介绍13-15
• 第二章 光伏阵列模拟器的控制方法研究15-33
• 2.1 光伏输出曲线数学模型15-20
• 2.1.1 精确数学模型及其简化形式的介绍15-19
• 2.1.2 本文对所采用的数学模型的处理19-20
• 2.2 寻找负载工作点的算法研究20-24
• 2.2.1 相关算法分析21-23
• 2.2.2 寻找负载点过程分析23-24
• 2.3 数字PID控制24-29
• 2.3.1 数字PID控制简介24-27
• 2.3.2 本项目的数字PID控制设计27-28
• 2.3.3 PID参数选取28
• 2.3.4 PID控制的改进28-29
• 2.4 系统的matlab仿真29-32
• 2.4.1 仿真系统的整体结构29-30
• 2.4.2 仿真系统的控制模块30
• 2.4.3 仿真系统的主电路模块30-31
• 2.4.4 仿真结果31-32
• 2.5 小结32-33
• 第三章 模拟器功率电路部分的设计33-54
• 3.1 双极性PWM全桥电路的工作原理和控制方式33-36
• 3.1.1 双极性PWM全桥电路的工作原理和主要特点33
• 3.1.2 双极性PWM全桥电路的控制方式33-36
• 3.2 零电压开关的移相全桥电路的工作原理36-42
• 3.2.1 电路工作过程分析36-41
• 3.2.2 软开关实现条件的探讨41-42
• 3.3 各部分电路的设计42-51
• 3.3.1 保护和输入滤波电路42
• 3.3.2 输入整流电路42-44
• 3.3.3 开关管和并联电容的选择44
• 3.3.4 功率变压器的设计44-48
• 3.3.5 输出整流和滤波电路48-50
• 3.3.6 谐振电感的设计50
• 3.3.7 隔离驱动电路50-51
• 3.4 功率电路的仿真51-53
• 3.5 小结53-54
• 第四章 模拟器控制电路研究54-68
• 4.1 硬件部分54-64
• 4.1.1 XC167系统性能特点介绍54-55
• 4.1.2 XC167的硬件设置55-63
• 4.1.3 检测电路63-64
• 4.2 软件系统实现64-67
• 4.2.1 XC167主要开发软件介绍64
• 4.2.2 针对C166的C语言扩展64-65
• 4.2.3 软件系统设计65-67
• 4.3 小结67-68
• 第五章 实验波形和分析68-78
• 5.1 最大功率点区域68-72
• 5.2 短路工作点区域72-76
• 5.3 模拟结果与理想输出曲线的对比76-78
• 第六章 全文总结和展望78-80
• 6.1 本文研究工作总结78
• 6.2 工作展望78-80
• 参考文献80-83
• 硕士期间发表的论文83-84
• 致谢84

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