太阳能电池阵列模拟器的研究与设计

【摘要】：在当今石化能源日益减少,生态环境遭受破坏的情况下,太阳能等可再生能源的探求与利用已成为热门话题。光伏系统以其良好的环境效应被越来越广泛的应用,但在光伏系统的研发过程中,太阳能电池阵列由于实验受到日照强度、环境温度的影响,导致实验成本过高,研发周期变长。太阳能电池阵列模拟器可以大大缩短光伏系统的研究周期,提高研究效率及研究结果的可信性。 本文首先叙述了研究太阳能电池阵列模拟器的意义,描述了太阳能电池的外部特性。接着介绍了模拟式的太阳能电池阵列模拟器及其缺点,并提出了数字式的太阳能电池阵列模拟器。 随后,本文研究了硅太阳能电池的物理数学模型,在此基础上选择了适合太阳能电池阵列模拟器的数学模型。然后根据数学模型,兼顾模拟器的工作性能,研究了如何确定模拟器工作点的各种算法。 根据太阳能电池阵列模拟器对硬件电路的要求,本文选择了正激变换器作为主电路拓扑,并对其工作原理进行了详细的分析,同时介绍了电路的设计。本文选择infineon公司的XC164CS单片机作为控制器,这是因为太阳能电池阵列模拟器需要实时检测电路,通过运算处理数据,最后得到控制量,而XC164CS最高工作频率可达40MHz,能够满足模拟器的控制需求。 最后,本文给出了实验结果,证明所设计的太阳能电池阵列模拟器具有良好的性能。它的静态工作点均与所模拟的太阳能电池阵列Ⅰ-Ⅴ输出特性曲线上的各点吻合;且能动态的模拟负载变化时的工作情况。 【关键词】：太阳能电池阵列模拟器 正激变换器 XC164CS
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-4
• 目录4-6
• 第一章 绪论6-16
• 1.1 世界能源利用概况6
• 1.2 太阳能的利用6-7
• 1.2.1 太阳能利用概述6-7
• 1.2.2 我国光伏发电发展现状7
• 1.3 太阳能电池7-12
• 1.3.1 太阳能电池简介7-8
• 1.3.2 太阳能电池的外部特性曲线8-10
• 1.3.3 日照强度对伏安特性的影响10-11
• 1.3.4 电池温度对伏安特性的影响11-12
• 1.4 太阳能光伏系统12
• 1.5 太阳能电池阵列模拟器12-13
• 1.5.1 模拟式太阳能电池阵列模拟器13
• 1.5.2 数字式太阳能电池阵列模拟器13
• 1.6 选题的意义13-16
• 1.6.1 课题的意义13-14
• 1.6.2 内容及各章安排14-16
• 第二章 太阳能电池阵列模拟器的工作原理16-33
• 2.1 太阳能电池阵列模拟器的系统结构16-17
• 2.2 太阳能电池阵列模拟器的数学物理模型17-24
• 2.2.1 太阳能电池工作原理及等效电路17-18
• 2.2.2 太阳能电池的数学物理模型18-19
• 2.2.3 太阳能电池阵列模拟器的数学模型19-20
• 2.2.4 环境因数对模型的影响20
• 2.2.5 模型的验证20-24
• 2.2.6 模型确立24
• 2.3 太阳能电池阵列模拟器工作点的确定24-32
• 2.3.1 工作点确定原理25-26
• 2.3.2 迭代算法的应用26-30
• 2.3.3 算法的具体实现30-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第三章 太阳能电池阵列模拟器主电路的设计33-58
• 3.1 拓扑选择33-38
• 3.1.1 拓扑选择要求33-34
• 3.1.2 Buck变换器34
• 3.1.3 反激变换器34-35
• 3.1.4 正激变换器35
• 3.1.5 半桥变换器35-36
• 3.1.6 全桥变换器36-37
• 3.1.7 拓扑比较37-38
• 3.2 正激变换器的工作原理38-48
• 3.2.1 电流连续工作状态39-41
• 3.2.2 电流断续工作状态41-42
• 3.2.3 电感电流的分析42-46
• 3.2.4 电路外特性分析46-47
• 3.2.5 正激变换器实现太阳能电池阵列模拟器47-48
• 3.3 主电路的设计48-57
• 3.3.1 高频变压器的设计49-51
• 3.3.2 功率开关管MOSFET和输出二极管的选择51-52
• 3.3.3 输出滤波器的设计52-55
• 3.3.4 缓冲电路的设计55-57
• 3.4 本章小结57-58
• 第四章 太阳能电池阵列模拟器控制系统的设计58-74
• 4.1 太阳能电池阵列模拟器的控制方法58-60
• 4.1.1 电压单环反馈控制58-59
• 4.1.2 电压电流双环反馈控制59-60
• 4.2 控制电路的设计60-64
• 4.2.1 开环实验驱动电路的设计60-63
• 4.2.2 控制器硬件电路设计63-64
• 4.3 忆恒(infineon)XC164 CSCS单片机介绍64-69
• 4.3.1 忆恒XC164CSCS主要性能指标简介64-68
• 4.3.2 XC164CS常用开发软件介绍68-69
• 4.4 软件系统设计69-73
• 4.4.1 主程序模块69-70
• 4.4.2 中断模块70-73
• 4.5 本章小结73-74
• 第五章 实验波形和结果分析74-83
• 5.1 开环实验74-78
• 5.1.1 最大功率点区域74-75
• 5.1.2 短路工作点区域75-77
• 5.1.3 开路工作点区域77-78
• 5.2 闭环实验78-82
• 5.2.1 A/D采样信号检测78-80
• 5.2.2 静态工作点80-81
• 5.2.3 动态特性测试81-82
• 5.3 本章小结82-83
• 结论与展望83-85
• 参考文献85-88
• 致谢88

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