基于DSP的太阳能电池阵列模拟器的研究

【摘要】：太阳能作为一种新型的可再生资源受到越来越广泛的重视，光伏发电则是太阳能利用中技术含量最高、最有发展前途的技术。但在光伏发电系统的研发过程中，光伏发电实验会受到日照强度、环境温度的影响，从而导致实验成本过高，研发周期变长。太阳能电池阵列模拟器的研究可以大大缩短光伏发电系统的研发周期，提高研发效率及研究结果的可信性。 本文给出了详细的太阳能电池模型的建立过程，并利用MATLAB工具对该模型进行了仿真，验证了该模型的正确性，为之后模拟器的研究奠定了基础。在硬件部分，设计了由以BUCK电路为主电路拓扑、以基于TMS320LF2407为核心的控制电路，和检测电路三大模块构成的硬件系统，系统可以达到一定输出功率（300W）。系统采用全数字化控制大大的简化了系统的硬件电路，通过运行软件对系统的数字信号进行处理就可以实现对模拟器工作过程的全面控制。 控制策略上利用六折线模型对太阳能电池的I-V特性曲线进行拟合，在此基础上利用数值求解法完成负载工作点的确定。系统采用双闭环控制，电流信号为内环系统的指令控制信号，电压信号为外环控制信号。 由于时间有限未能进行调试，本文给出了试验的仿真结果.利用MATLAB对六折线模型、四折线模型和太阳能电池指数模型分别进行了仿真，仿真结果表明，六折线模型更适合本文设计的太阳能电池模拟器，它的各工作点与所要模拟的太阳能电池的输出I-V特性曲线基本吻合，并且具有良好的动态性能。另外，系统可以根据需要选择所要模拟的太阳能电池阵列的功率。 因此，本系统能够很好的满足光伏发电系统对实验条件的要求，使光伏发电实验在一定程度上不受天气、辐射度等因素的影响，减少实验人员的工作量，节约实验时间并降低实验成本。 【关键词】：太阳能电池 特性曲线 模拟器 BUCK电路 DSP
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-11
• 1 绪论11-19
• 1.1 课题的研究背景11-13
• 1.1.1 可再生能源的开发与利用11-12
• 1.1.2 我国太阳能资源及利用意义12
• 1.1.3 我国光伏发电的水平及产业现状12-13
• 1.2 课题的研究内容和意义13-17
• 1.2.1 课题的研究意义13-14
• 1.2.2 太阳能电池模拟器简介14-17
• 1.3 课题的研究现状17-18
• 1.4 课题的主要研究内容及创新之处18-19
• 2 太阳能电池的数学模型19-33
• 2.1 太阳能电池的工作原理19-21
• 2.2 太阳能电池的等效电路21-22
• 2.3 太阳能电池的输出特性22-26
• 2.3.1 太阳能电池的伏安特性曲线22-24
• 2.3.2 日照因素对伏安特性曲线的影响24-25
• 2.3.3 温度因素对伏安特性曲线的影响25-26
• 2.4 太阳能电池的数学模型26-28
• 2.5 太阳能电池数学模型的仿真28-32
• 2.6 本章小结32-33
• 3 太阳能电池模拟器的控制策略分析33-43
• 3.1 太阳能电池模拟器33-34
• 3.2 太阳能电池模拟器的负载工作点34-36
• 3.3 寻找负载工作点的控制策略36-39
• 3.3.1 太阳能电池模拟器的控制算法36-38
• 3.3.2 太阳能电池模拟器控制算法的分析与确定38-39
• 3.4 模拟曲线的确定方法39-42
• 3.5 本章小结42-43
• 4 太阳能电池模拟器硬件电路设计43-59
• 4.1 主电路的设计43-49
• 4.1.1 拓扑结构的选择43-44
• 4.1.2 主电路的简要分析44-46
• 4.1.3 主电路总体设计46
• 4.1.4 电感电容的设计46-48
• 4.1.5 开关管保护电路的设计48-49
• 4.1.6 功率器件的选择49
• 4.2 采样电路的设计49-54
• 4.3 驱动电路的设计54-56
• 4.4 DSP 芯片外围电路56-58
• 4.4.1 电源电路57
• 4.4.2 时钟电路57-58
• 4.4.3 复位电路58
• 4.5 本章小结58-59
• 5 太阳能电池模拟器软件系统设计59-71
• 5.1 算法设计59-65
• 5.2 软件设计65-69
• 5.2.1 软件主程序流程图65-66
• 5.2.2 系统初始化流程66-67
• 5.2.3 AD 采样子程序流程67-68
• 5.2.4 占空比计算子程序流程68-69
• 5.3 本章小结69-71
• 6 太阳能电池模拟器系统仿真71-83
• 6.1 系统的 MATLAB 仿真71-75
• 6.1.1 仿真系统的整体结构71-72
• 6.1.2 仿真系统的控制电路模块72-74
• 6.1.3 仿真系统的主电路模块74-75
• 6.2 仿真结果及分析75-82
• 6.2.1 系统的静态仿真75-80
• 6.2.2 系统的动态仿真80-82
• 6.3 本章小节82-83
• 7 结论与展望83-85
• 7.1 本文总结83-84
• 7.2 展望84-85
• 参考文献85-89
• 作者简介89-91
• 学位论文数据集91

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