太阳能电池模拟电源的研究与设计

论文摘要

在光伏发电系统电力电子装置的研究中需要用到太阳能电池板。但是太阳能电池板非常昂贵,提高了实验成本;同时太阳能电池板会受到日照强度、白天黑夜等环境因素的影响,从而影响光伏发电系统的研究和开发,使研发周期过长。为了解决这一问题,本文研制了一种与太阳能电池板有相同输出特性的太阳能电池模拟电源。用开关管、电感、电容等电子元件来模拟实际太阳能电池板,也就是本文提出的太阳能电池模拟电源,成本较低,同时不受外界环境的影响,能够为太阳能发电系统的功率变换器的研究提供必要的条件。本文在描述和分析太阳能电池的外部特性曲线的基础上,得到了太阳能模拟电源的设计思想,并通过分析得到本项目设计的电路拓扑。同时研究了该电路拓扑下的控制算法,并利用Matlab仿真软件对主电路拓扑进行仿真。仿真得到的结果是比较满意的,证明设计的主电路和控制算法是有效的。以仿真为基础,本文进一步制作了硬件电路,并选择使用TI公司的DSP TMS320LF2407作为该系统的控制芯片,同时编写了控制程序,并结合硬件电路进行了实验。实验结果证明本文所设计的太阳能电池模拟电源具有良好的性能,能够正确地模拟太阳能电池外部伏安特性曲线。最后,本文对该系统的设计进行了总结,并对该模拟电源的进一步研究进行了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 光伏发电系统
• 1.3 太阳能电池模拟电源
• 1.3.1 模拟式太阳能电池模拟电源
• 1.3.2 数字式太阳能电池模拟电源
• 1.4 本文研究内容
• 第二章 太阳能电池模拟电源的原理
• 2.1 引言
• 2.2 太阳能电池的原理和特性
• 2.2.1 太阳能电池的简介
• 2.2.2 太阳能电池外部特性曲线
• 2.2.3 光照强度对伏安特性的影响
• 2.2.4 电池温度对伏安特性的影响
• 2.3 太阳能电池模拟电源模型
• 2.3.1 太阳能电池的等效电路
• 2.3.2 太阳能电池串并联模型
• 2.3.3 太阳能电池模型参数的估算
• 2.3.4 模型的建立
• 2.4 太阳能电池模拟电源稳定工作点的获得
• 2.4.1 二分法
• 2.4.2 牛顿法
• 2.4.3 弦截法
• 2.4.4 等效阻抗法
• 2.5 本章小结
• 第三章 主电路设计
• 3.1 引言
• 3.2 拓扑的选择
• 3.2.1 选择主电路拓扑的原则
• 3.2.2 主电路拓扑选择
• 3.3 主电路的工作原理
• 3.3.1 全桥式DC/DC 变换电路的工作原理
• 3.3.2 buck 电路的工作原理
• 3.4 主电路各主要部件的设计
• 3.4.1 高频变压器的设计
• 3.4.2 功率开关管和输出二极管的选择
• 3.4.3 输出滤波器的设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 控制系统的设计
• 4.1 引言
• 4.2 系统的控制方法
• 4.3 控制电路的设计
• 4.3.1 电压传感器和电流传感器的测试实验
• 4.3.2 采样调理电路
• 4.3.3 隔离驱动电路
• 4.3.4 曲线选择控制电路
• 4.4 软件的设计
• 4.4.1 主程序
• 4.4.2 中断子程序
• 4.4.3 数字滤波模块
• 4.4.4 PWM 波形发生模块
• 4.4.5 数字PI 调节模块
• 4.5 本章小结
• 第五章 实验结果与分析
• 5.1 引言
• 5.2 控制信号的波形
• 5.2.1 驱动全桥式DC/DC 电路中IGBT 的信号
• 5.2.2 驱动buck 电路中MOSFET 的信号
• 5.2.3 采样调理电路输出的电压与电流反馈信号
• 5.3 主电路输出波形
• 5.3.1 电路稳态特性
• 5.3.2 电路的动态特性
• 5.4 太阳能电池模拟电源输出伏安特性曲线
• 5.5 实验结果分析
• 5.5.1 影响模拟电源输出的主要因素
• 5.5.2 实验中的问题及解决方法
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 附录
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文