基于DSP的数字光伏模拟器研究

论文摘要

目前光伏系统以其良好的环境原因越来越被广泛的应用,但在光伏系统的研究中,如果以真实的太阳能电池组成试验平台,将受到日照强度,环境温度的影响,导致试验成本过高,研发周期变长。光伏阵列模拟器可以通过跟踪控制光伏阵列在任意工况下的输出特性,从而能够达到缩短研发周期,提高研发效率,提高光伏系统研究结果的可信性。本文叙述了研究光伏阵列模拟器的意义,介绍了模拟器式光伏阵列模拟器的缺点,提出了数字式的光伏阵列模拟器。随后描述了光伏电池的外部特性,建立了光伏电池的数学模型。接下来介绍了数字式光伏模拟器的工作原理和基本结构,并对光伏模拟器几种常用的拓扑结构从性能、成本等方面进行了详细的对比和分析。由此提出了本文的模拟器拓扑结构。对本文的光伏模拟器进行了控制系统分析,根据自动控制原理的相关理论,得出系统的稳定裕度和动态特性指标,证明了本文采用的控制策略具有更好的稳定性,动态性能以及负载适应性。并通过根轨迹法对控制策略的调节器参数进行了详细的设计。最后利用仿真实验进一步证明了理论分析的正确性。论文完成了3KW的光伏模拟器样机的研制,给出了实验结果,证明了本文的光伏模拟器的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 致谢
• 第一章 绪论
• 1.1 新能源和可再生能源的利用
• 1.2 太阳能发电的利用
• 1.3 太阳能发电系统
• 1.4 太阳能电池的分类
• 1.5 光伏阵列模拟器
• 1.5.1 模拟式光伏阵列模拟器
• 1.5.2 数字式光伏阵列模拟器
• 1.6 本文选题的意义及本文的内容
• 1.6.1 本文的意义
• 1.6.2 本文的内容
• 第二章 光伏阵列电池的特性和物理模型
• 2.1 光伏电池的等效电路与建模
• 2.2 光伏电池的工作特性
• 2.2.1 光伏电池伏安特性曲线
• 2.2.2 输出功率和曲线因数
• 2.2.3 日照和电池温度对I-V 曲线的影响
• 2.2.4 光伏电池的负载特性
• 2.3 光伏电池特性曲线的数学表达式
• 第三章 光伏模拟器拓扑选择和工作原理研究
• 3.1 传统数字光伏模拟器拓扑
• 3.2 光伏模拟器拓扑选择
• 3.3 电流可逆斩波电路工作原理
• 3.4 电流可逆斩波电路主要数量关系
• 第四章光伏模拟器控制系统设计
• 4.1 光伏模拟器系统结构
• 4.1.1 光伏曲线生成方法
• 4.1.2 光伏模拟器控制结构的选择
• 4.2 光伏模拟器控制系统分析
• 4.2.1 等效电路
• 4.2.2 控制电路框图
• 4.2.3 电流内环控制器参数设计
• 4.3 参数变化对系统性能的影响
• 4.3.1 电感变化对系统性能的影响
• 4.3.2 负载变化对系统性能的影响
• 4.4 仿真实验分析
• 4.4.1 光伏模拟器空载
• 4.4.2 负载工作在恒流段
• 4.4.3 当负载在恒压段
• 4.4.4 负载在最大功率点时
• 4.4.5 负载阶跃时
• 第五章 系统实验
• 5.1 系统主电路结构设计
• 5.2 系统硬件软件设计
• 5.2.1 系统硬件设计
• 5.2.2 系统软件设计
• 5.3 实验分析
• 5.3.1 空载时的实验波形
• 5.3.2 恒压段时实验波形
• 5.3.3 恒流段时实验波形
• 5.3.4 额定负载时实验波形
• 5.3.5 负载由50 欧阶跃到17 欧时实验波形
• 5.3.6 负载由17 欧阶跃到50 欧时实验波形
• 第六章 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录 1
• 附录 2