基于S3C2440的数字式光伏阵列模拟器的研制

【摘要】：在经济及科技飞速发展的今天,能源作为人类社会和经济发展最重要的物质基础,对人类社会各方面的发展都有着巨大的影响。但不可再生能源又是有限的,人们不可能永无止境地利用它们,所以寻找一种能够替代不可再生能源始终是研究的热点,尤其是对太阳能光伏并网发电系统的研究。虽然光伏发电系统有许多优越的特性,例如太阳能清洁无污染,储量巨大等,但因为受电池板价格体积以及自然条件的影响大大减缓了其开发进程。故本文旨在研制一种对光伏发电系统的开发至关重要的实验工具——数字式光伏阵列模拟器。 本文的研究工作主要包括以下几点： 1.介绍新能源的利用以及光伏发电系统的现状,模拟式光伏阵列模拟器和数字式光伏阵列模拟器的优缺点,光伏阵列电池的特性,光伏电池的工程数学模型和不同因素对光伏电池的影响等等。 2.利用MATLAB搭建电路系统进行了仿真实验,完成了单个模拟器系统仿真实验,不同的参数对模拟器的影响仿真实验和串并联模拟器系统仿真实验,并对仿真结果给出了一定的解释。 3.研究对比了多种拓扑结构,并对原理进行了详细的分析,最终选择了带有假负载的降压斩波电路作为主电路,同时介绍了电压电流采样电路、MOSFET驱动电路、供电电源电路等的设计及器件的选型。 4.深入介绍了利用基于负载曲线的静态工作点的搜寻方法,并从线性负载和非线性负载两个角度利用数学理论进行了算法可行性验证。 5.深入研究了光伏特性曲线的生成方法,对查表法、分段拟合法和实时数值计算法进行了介绍和优缺点分析,并对查表法进行了优化,创新性地利用基于Ⅰ-Ⅴ曲线长度划分曲线点的思想对特性曲线进行离散化处理。 6.在控制器S3C2440上编写软件算法,并搭建硬件电路进行了实物验证实验,完成了静态特性验证实验和动态特性验证实验,并对实验结果给出了分析。 总而言之,本课题对数字式光伏阵列模拟器进行了有益的探索,探索结果对今后更深入的研究有积极的意义。 【关键词】：光伏阵列 模拟器 S3C2440
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 研究的历史12-13
• 1.3 研究的现状13-15
• 1.3.1 国外现状13-14
• 1.3.2 国内现状14-15
• 1.4 光伏阵列模拟器概述15-17
• 1.4.1 模拟式光伏阵列模拟器15-17
• 1.4.2 数字式光伏阵列模拟器17
• 1.5 本文的内容17-19
• 第二章 光伏阵列电池的工作原理及数学物理模型19-24
• 2.1 光伏电池的结构19
• 2.2 光伏电池的工作原理19-20
• 2.3 光伏阵列电池的等效电路20-21
• 2.4 光伏阵列电池的工程数学模型21-23
• 2.4.1 光伏阵列电池的工程数学模型21-22
• 2.4.2 环境因素对模型的影响22-23
• 2.5 本章小结23-24
• 第三章 光伏阵列模拟器的方案设计24-32
• 3.1 光伏阵列模拟器的系统指标24
• 3.2 光伏阵列模拟器的系统结构24-26
• 3.3 系统的MATLAB仿真26-31
• 3.3.1 负载突变对输出的影响26-27
• 3.3.2 输出滤波电感变化对输出的影响27
• 3.3.3 输出滤波电容变化对输出的影响27-28
• 3.3.4 系统串并联MATLAB仿真28-31
• 3.4 本章小结31-32
• 第四章 光伏阵列模拟器的硬件设计32-45
• 4.1 功率电路的设计32-41
• 4.1.1 拓扑结构的比较分析33-36
• 4.1.2 拓扑结构的确定36
• 4.1.3 主电路器件的选型36-41
• 4.2 信号采集电路的设计41-43
• 4.2.1 负载电压采样电路设计41-42
• 4.2.2 负载电流采样电路设计42-43
• 4.3 驱动电路的设计43
• 4.4 供电电源模块的设计43-44
• 4.5 本章小结44-45
• 第五章 光伏阵列模拟器的控制算法及软件设计45-56
• 5.1 负载工作点确定的算法设计45-48
• 5.2 PID参数选取48-49
• 5.3 Ⅰ-Ⅴ特性曲线的生成49-52
• 5.4 S3C2440控制器简介52-53
• 5.5 软件系统设计53-55
• 5.6 本章小结55-56
• 第六章 实验波形和结果分析56-62
• 6.1 静态工作点及分析56-60
• 6.2 动态特性及分析60-61
• 6.2.1 负载由94.9欧姆阶跃到13.5欧姆时实验波形60
• 6.2.2 负载由13.5欧姆阶跃到94.9欧姆时实验波形60-61
• 6.3 本章小结61-62
• 第七章 总结与展望62-63
• 7.1 总结62
• 7.2 展望62-63
• 参考文献63-66
• 附录 硕士期间发表的论文与专利66-67
• 致谢67

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