基于DSP模拟太阳能电池输出特性的研究

【摘要】：太阳能电池模拟器对于太阳能发电系统的研究有着重要的意义,它的应用可以极大地缩短系统的研究周期,提高系统研究效率及研究结果的可信度。模拟器已经成为各大高校、研究所以及电池生产厂家研究与生产的有利助手。 太阳能电池数学模型的确立是太阳能电池模拟器研究的前提条件。本文详细介绍了太阳能电池的工作原理,结合文献资料引出了目前最为常用的太阳能电池电路等效模型——工程计算模型,并通过公式推导及软件仿真,指出该模型存在的一些缺陷。在此基础上提出了本文使用的太阳能电池数学模型——基于实际等效电路理论模型,通过公式的详细推导得出该模型的具体计算过程,最后借助于MATLAB软件对两种模型分别仿真,通过其结果的对比证明了基于实际等效电路理论模型的准确性。 主电路拓扑结构的选择是太阳能电池模拟器实现的重要保障。本文设计的模拟器以三相三重降压斩波电路为主体结构,在此基础上引入零电压转换PWM电路,实现了主开关管的软开关启动过程,降低了电路中开关过程引起的损耗和噪音。 控制策略是实现模拟器的核心技术,在本文主要指的是负载工作点的寻找和跟踪。在总结和比较了常用的几种控制策略后,本文选择了模型计算和查表法相结合的一种混合控制策略。该方法基于电池的实际等效电路模型,确保了模拟器输出结果的精确性；同时又结合查表法,将电路中流过正向偏置二极管的暗电流制作成查表数据,不仅可以提高控制器的运算速度,而且扩展了模拟器的适用范围,使模拟器可以同时模拟任意工况和任意型号的太阳能电池及其组件,大大降低了研究人员的工作量。 最后,本文通过MATLAB软件仿真和硬件实验证明所研究模拟器的可行性,并且同时具有良好的静态特性和动态特性,满足对太阳能电池研究的要求。 【关键词】：太阳能电池数学模型 太阳能电池模拟器 三相三重降压斩波电路 零电压转换PWM电路
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第1章 绪论7-13
• 1.1 太阳能发电7-10
• 1.1.1 太阳能发电特点7-8
• 1.1.2 太阳能产业的发展8-10
• 1.2 太阳能电池模拟器10-12
• 1.2.1 模拟器研究意义10-11
• 1.2.2 模拟器研究现状11-12
• 1.3 研究内容及各章安排12-13
• 第2章 太阳能电池工作特性及其数学模型13-30
• 2.1 太阳能电池工作特性13-18
• 2.1.1 工作原理13-14
• 2.1.2 电池输出特性14-16
• 2.1.3 电池性能参数16
• 2.1.4 光照特性和温度特性16-17
• 2.1.5 电池组件阴影条件下的输出特性17-18
• 2.2 太阳能电池的数学模型18-23
• 2.2.1 等效电路及数学模型18
• 2.2.2 工程计算方法18-20
• 2.2.3 电路理论模型计算方法20-23
• 2.3 太阳能电池两种模型计算方法对比23-29
• 2.3.1 对单块电池板的仿真及结果分析23-25
• 2.3.2 阴影条件下电池组件输出特性仿真及分析25-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第3章 模拟器主电路设计30-35
• 3.1 三相三重降压斩波电路31
• 3.2 零电压转换PWM电路设计31-35
• 3.2.1 软开关电路31-33
• 3.2.2 软开关工作原理33-35
• 第4章 模拟器控制策略35-40
• 4.1 模拟器输出特性曲线的确定方法35-37
• 4.1.1 常用方法35-36
• 4.1.2 本文提出的方法36-37
• 4.2 模拟器负载工作点的寻找37-39
• 4.3 本章小结39-40
• 第5章 系统实验结果与分析40-48
• 5.1 模拟器的仿真模拟40-43
• 5.1.1 仿真模型40-41
• 5.1.2 仿真结果及分析41-43
• 5.2 实验结果43-47
• 5.3 本章小结47-48
• 第6章 结论与展望48-50
• 6.1 本文总结48
• 6.2 工作展望48-50
• 参考文献50-54
• 申请学位期间的研究成果及发表的学术论文54-55
• 致谢55

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