光伏电池模拟器的研究与设计

【摘要】：当今世界，太阳能是可再生能源开发的主要领域之一，其主要利用方式为光伏发电。在光伏发电系统的研发过程中，用光伏电池模拟器代替真实光伏电池进行实验，可以大大缩短研发周期，降低研发成本，提高研发效率和结果的可信性。因此，光伏电池模拟器已成为光伏发电领域的重要研究内容之一。 本文根据其等效电路，详细阐述了光伏电池的工作原理，并介绍了光伏电池工程数学模型。利用工程数学模型，在MATLAB中建立了光伏电池仿真模型，对光伏电池在标准测试条件和一般工况下的V-I、V-P输出特性进行了仿真，并分析了光照强度和环境温度对光伏电池输出特性的影响，为之后的模拟器系统研究奠定基础。 本文选用TI公司的TMS320F2812DSP芯片作为系统的控制器，设计了一个光伏电池模拟器实验平台，其主电路采用BUCK拓扑结构。详细阐述了模拟器系统硬件电路的工作原理，并完成了参数计算和器件选型。根据硬件电路的设计要求，完成了系统的软件设计，给出了系统主要程序的流程图。 本文仔细分析和研究了几种光伏电池模拟器传统控制算法，并指出了它们各自的优缺点。针对传统控制算法的不足，本文基于模糊理论研究了光伏电池模拟器的模糊控制算法。该控制算法将模拟器负载电流与光伏电池参考电流的误差及其误差变化量作为模糊控制器的两个输入量，输出量为主电路开关管的占空比增量。通过改变主电路开关管的占空比，调整模拟器的工作状态，模拟器工作点将逐步逼近光伏电池参考工作点，从而实现对光伏电池输出特性的模拟。 为了验证模糊控制算法的有效性，本文建立了MATLAB仿真电路和模拟器实验平台。通过MATLAB仿真和实物实验，测试了模拟器的静态特性和动态特性，并与传统控制算法进行了对比实验，详细分析了实验得到的数据。实验结果表明本文提出的模糊控制算法能实现各种环境条件下光伏电池输出特性的模拟，比传统控制算法在追踪速度、准确性和稳定性上有较大的提高。 【关键词】：光伏电池模拟器 输出特性 DSP BUCK拓扑 模糊控制
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 光伏发电的国内外现状11-12
• 1.2 光伏发电的前景与展望12
• 1.3 光伏电池模拟器12-15
• 1.3.1 光伏电池模拟器的研究背景及意义12-13
• 1.3.2 光伏电池模拟器的国内外研究现状13-15
• 1.4 本文研究内容及各章安排15-17
• 1.4.1 研究内容15-16
• 1.4.2 各章安排16-17
• 第2章 光伏电池输出特性及仿真17-24
• 2.1 光伏电池等效电路及其输出 V-I 特性17-18
• 2.2 光伏电池工程数学模型18-20
• 2.3 光伏电池输出特性仿真20-23
• 2.3.1 光伏电池输出特性仿真模型20-21
• 2.3.2 光伏电池输出特性仿真实验21-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第3章 光伏电池模拟器原理及其系统设计24-46
• 3.1 光伏电池模拟器系统结构24
• 3.2 光伏电池模拟器工作原理24-25
• 3.3 光伏电池模拟器硬件设计25-41
• 3.3.1 主电路设计25-30
• 3.3.2 驱动检测电路设计30-34
• 3.3.3 控制电路设计34-41
• 3.4 光伏电池模拟器软件设计41-45
• 3.4.1 主程序设计42-43
• 3.4.2 A/D 中断子程序设计43-44
• 3.4.3 保护中断子程序设计44-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第4章 光伏电池模拟器控制算法研究46-62
• 4.1 光伏电池参考工作点46-47
• 4.2 光伏电池模拟器传统控制算法47-51
• 4.2.1 四折线法47
• 4.2.2 迭代法47-48
• 4.2.3 弦截法48-50
• 4.2.4 传统指令电压逐点逼近法50-51
• 4.3 光伏电池模拟器模糊控制算法51-61
• 4.3.1 模糊控制原理51-55
• 4.3.2 光伏电池模拟器模糊算法研究55-61
• 4.4 本章小结61-62
• 第5章 实验与结果分析62-68
• 5.1 实验参数62
• 5.2 光伏电池模拟器仿真电路62-63
• 5.3 实验与结果分析63-67
• 5.3.1 静态实验63-65
• 5.3.2 动态实验65-66
• 5.3.3 控制算法对比实验66-67
• 5.4 本章小结67-68
• 结论68-70
• 参考文献70-73
• 致谢73-74
• 附录A (模拟器系统实物图)74-75
• 附录B (模糊子程序)75-78

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