新型光伏阵列模拟器的研究与设计

发布时间：2020-05-11 23:14

【摘要】： 本文主要研究了一种新型的中大功率光伏阵列模拟器。 首先介绍了太阳能的开发和利用，简单介绍了光伏系统及光伏阵列，并在此基础上介绍了课题研究的背景意义以及国内外的研究现状。随后本文详细介绍了太阳能电池的工作原理，给出了其等效电路模型，分析了光伏阵列的I-V，P-V输出特性，及外界因素对输出特性的影响，建立了数学模型，并在数学模型的基础上构建了其仿真模型，为之后模拟器的研究奠定了基础。接着文章介绍了该模拟器的系统结构及工作原理，并在传统模拟器跟踪负载工作点原理的基础上，做了出两点改进，提出了一种新的负载工作点跟踪办法。该办法避免使用复杂的算法，兼顾了工作性能和成本，并且能实时反映外界因素对光伏阵列的影响。 根据光伏阵列模拟器的要求，选择了半桥变换器作为主功率拓扑，并对其工作原理进行了分析，给出了详尽的硬件设计。在两点改进的思路下，设计了一种新的电路，该电路可以周期性的从零到最大历遍太阳能电池输出电压和电流上的每个点，并通过采样比较模块提供功率电路跟随的参考点。在此基础上，给出了滤波电路，驱动保护电路，后级DC／DC电路等的设计。最后详细推导了功率电路的小信号模型，设计了其控制回路。 本文通过一个开路电压200V，短路电流7A，最大功率点功率1kW的光伏阵列模拟器样机验证了理论分析，并给出了模拟器在不同静态工作点和动态工作点的波形。实验证明该模拟器的静态工作点与所模拟的样品太阳能电池的输出特性相吻合，并能够动态模拟负载小范围变化的工作情况。
【图文】：

浙江大学硕士学位论文相并网和三相并网。光伏系统构成框图构成如图1一1所示l’2]。太太阳能电池板板板板板板板板板板板板板 板板板板板板 DDDDDDD口 DCCCCC蓄电池池 池直流负载载 控控制器器 器逆变器器 器交流负载载图1一1(a)光伏系统独立运行结构框图电电电电电电电电 电电电电电 电电网网 太太阳能电池板板板板板板 板逆变器器 器 器 DDDDDDDQDCCCCCCCCCCCCCCC交交交交交交 交交流负载载...控制器 器 器器器器器器图1一1(b)光伏系统并网运行结构框图1.2.2光伏阵列光伏阵列是将太阳能转化成电能的装置，是光伏系统的重要组成部分，是光伏系统中能量提供部分，如图1一2所示。它决定了光伏系统的发电量，合理选择光伏阵列的构成和配置，研究光伏阵列的特性等成了光伏发电系统的重中之重。从理论上讲，光伏阵列是由若干个太阳电池组件经过串，并联组成，发电量是这些电池发电量的组合。但是光伏阵列的实际发电量却大大低于理论设计，内部原因就在于单块电池的连接引起的阵列的组合效率损失，单块电池损坏造成的电压不均衡等，外界环境因素则包括阵列的高度

2.1太阳能电池简介太阳能电池单体是一种能够将太阳光中的辐射能量转换为电能的半导体装置。它是由多个P加结串联组成的，其转换效率一般为百分之十到百分之二十左右。常规太阳电池大多由一个P型底座及N型薄层的P汹结所构成，并且在其背面有一层平整的金属将这种光伏元件与负载连接1261。太阳能电池单体是用于光电转换的最小单位，输出电压很小，输出电流也很小，一般不能单独作为电源使用，如图1(a)所示。一般厂家需要将电池单体进行串并联并封装后，构成太阳能电池组件，就可以构成单独作为电源使用的最小单位。单个太阳能电池组件的输出电压一般在10V一20V之间，可以为蓄电池充电，，应用在各个领域和系统中，如图1(b)所示。由于单个的光伏电池组件的输出功率有限，实际的大功率光伏系统中，需要将电池用导线以串并联的形式连成阵列，来产生实际的功率，就构成了太阳能电池的方阵，或者光伏阵列16，27]，如图1(c)所示。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TP337

【引证文献】

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本文编号：2659217