数字式光伏阵列模拟器的研究与设计

发布时间：2017-06-02 12:06

  本文关键词：数字式光伏阵列模拟器的研究与设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：光伏发电系统或装置在实验测试中直接使用光伏阵列有着诸多不便。本文研究的数字式光伏阵列模拟器可以代替实际的光伏阵列用于实验室的研究和测试。论文首先分析了光伏阵列的工作原理并在此基础上建立了光伏阵列的等效电路。详细推导了光伏阵列数学模型并将其进一步简化成光伏阵列工程用数学模型,以方便工程实际应用。利用Matlab/Simulink对光伏阵列工程用数学模型进行了仿真验证。其次针对现有光伏阵列输出特性曲线分段拟合方法中分段点需要凭观察和经验来人工确定、每一分段拟合函数的确定方法比较粗糙以及手工计算耗时且容易出错的问题,对现有的自动分段拟合方法做出了改进,提出了自动分段多项式拟合方法并将其应用于光伏阵列输出特性曲线的拟合上。论文详细给出了该拟合方法的具体算法,通过两个算例,与文献中现有的分段拟合方法进行对比分析。结果表明该方法在同等条件下有更高的拟合精度,拟合结果在分段点连续,且由于采用广义逆求最小二乘解,在很大程度上简化了数学推导和编程实现。最后,基于BUCK变换器和TMS320F2812设计了一种数字式光伏阵列模拟器。给出了模拟器对主电路拓扑的要求和主电路各元部件的计算、选型的过程,以及控制电路各部分的设计方案,并且详细阐述了模拟器的控制算法及其软件实现。在Matlab/Simulink下进行了原理性验证并对制作调试好的样机进行了实验测试。结果表明,所设计的数字式光伏阵列模拟器能够很好地模拟光伏阵列的输出特性。
【关键词】：数字式光伏阵列模拟器 自动分段拟合 BUCK TMS320F2812
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-12
• 第一章 绪论12-19
• 1.1 能源发展与太阳能利用12
• 1.2 光伏发电及其发展现状12-16
• 1.2.1 光伏发电的原理12-13
• 1.2.2 光伏发电系统的分类13
• 1.2.3 光伏发电的特点13-15
• 1.2.4 光伏发电的发展现状15-16
• 1.3 光伏阵列模拟器的研究背景和现状16-17
• 1.3.1 光伏阵列模拟器的研究背景16
• 1.3.2 光伏阵列模拟器的分类及研究现状16-17
• 1.4 论文的主要内容与章节安排17-19
• 第二章 光伏阵列建模与仿真19-29
• 2.1 引言19
• 2.2 光伏阵列的等效电路19-20
• 2.3 光伏阵列的工程用数学模型20-24
• 2.4 光伏阵列工程用数学模型的仿真分析24-28
• 2.4.1 光伏阵列输出特性曲线和功率曲线的仿真24-26
• 2.4.2 温度改变对光伏阵列输出影响的仿真26-27
• 2.4.3 光照强度改变对光伏阵列输出影响的仿真27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 光伏阵列输出特性曲线的自动分段多项式拟合29-42
• 3.1 引言29
• 3.2 自动分段多项式拟合的研究意义29-31
• 3.2.1 光伏阵列模拟器对于计算速度的要求29
• 3.2.2 光伏阵列模拟器输出特性曲线生成的方法29-30
• 3.2.3 拟合法的不足及自动分段多项式拟合30-31
• 3.3 自动分段多项式拟合的算法31-33
• 3.3.1 拟合结果评价指标的定义31
• 3.3.2 自动分段多项式拟合的步骤31-32
• 3.3.3 最小二乘拟合的广义逆解法32-33
• 3.4 自动分段多项式拟合的算例分析33-38
• 3.5 自动分段多项式拟合在光伏阵列模拟器中的应用38-40
• 3.6 本章小结40-42
• 第四章 主电路设计42-55
• 4.1 引言42
• 4.2 主电路拓扑42-47
• 4.2.1 模拟器对主电路的要求42
• 4.2.2 主电路拓扑的分类42-47
• 4.3 BUCK变换器47-51
• 4.3.1 BUCK变换器的工作原理（CCM）48-50
• 4.3.2 BUCK变换器的工作原理（DCM）50-51
• 4.3.3 BUCK变换器的工作原理（BCM）51
• 4.4 主要器件选择与参数计算51-54
• 4.4.1 储能滤波电感的计算52
• 4.4.2 输出滤波电容的计算52-53
• 4.4.3 开关管的选型53
• 4.4.4 整流二极管的选型53-54
• 4.5 本章小结54-55
• 第五章 控制系统设计55-69
• 5.1 引言55
• 5.2 检测与控制电路设计55-60
• 5.2.1 控制器芯片的概述55
• 5.2.2 驱动电路的设计55-57
• 5.2.3 电压检测电路的设计57-58
• 5.2.4 电流检测电路的设计58-59
• 5.2.5 系统供电电路的设计59-60
• 5.3 控制算法60-68
• 5.3.1 控制系统工作原理60-61
• 5.3.2 软件设计61-66
• 5.3.3 程序流程66-68
• 5.4 本章小结68-69
• 第六章 实验结果与分析69-80
• 6.1 引言69
• 6.2 仿真分析69-75
• 6.2.1 静态特性仿真69-71
• 6.2.2 动态特性仿真71-75
• 6.3 实验分析75-79
• 6.3.1 开环实验76-77
• 6.3.2 闭环实验77-79
• 6.4 本章小结79-80
• 第七章 结束语80-83
• 7.1 主要工作与创新点80-81
• 7.2 后续研究工作81-83
• 参考文献83-87
• 附录 1硬件电路原理图87-88
• 附录 2 DSP主要程序88-91
• 致谢91-92
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文92-93
• 附件93-95

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本文编号：415231