新型光伏阵列模拟器的研究与设计

【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。 【关键词】：光伏阵列 模拟器 半桥变换器
【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
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第1章 绪言7-15
• 1.1 本课题的研究背景7-9
• 1.1.1 太阳能的开发和利用背景7
• 1.1.2 太阳能的应用和太阳能系统7-8
• 1.1.3 我国的太阳能及光伏发电的现状8-9
• 1.2 光伏系统及光伏阵列的简介9-11
• 1.2.1 光伏系统9-10
• 1.2.2 光伏阵列10-11
• 1.3 本课题的研究内容和意义11-13
• 1.3.1 本课题研究的意义11-12
• 1.3.2 光伏阵列模拟器的简介12-13
• 1.4 本课题国内外的研究现状13-14
• 1.5 本论文各章安排及主要内容14-15
• 第2章 太阳能电池的工作特性及其数学仿真模型15-27
• 2.1 太阳能电池简介15-16
• 2.2 太阳能电池的工作原理16-17
• 2.3 太阳能电池的等效电路模型17-19
• 2.3.1 理想太阳能电池的等效电路模型17-18
• 2.3.2 实际太阳能电池的等效电路模型18-19
• 2.4 太阳能电池的输出特性19-23
• 2.4.1 太阳能电池的伏安特性曲线20-22
• 2.4.2 日照因素对伏安特性曲线的影响22
• 2.4.3 温度因素对伏安特性曲线的影响22-23
• 2.5 太阳能电池的数学模型23-25
• 2.6 太阳能电池的仿真模型及仿真结果25-26
• 2.7 本章小结26-27
• 第3章 光伏阵列模拟器的系统结构及其工作原理27-40
• 3.1 光伏阵列模拟器的系统结构27-28
• 3.2 光伏阵列模拟器的工作原理28-39
• 3.2.1 光伏阵列的负载工作点28-29
• 3.2.2 传统的模拟器工作点确定方法29-32
• 3.2.3 对传统的模拟器工作点确定方法的改进32-33
• 3.2.4 改进点一的具体实现及其工作原理33-35
• 3.2.5 改进点二的具体实现及其工作原理35-39
• 3.3 本章小结39-40
• 第4章 光伏阵列模拟器的硬件设计40-63
• 4.1 功率电路的设计40-56
• 4.1.1 拓扑的选择41-44
• 4.1.2 半桥变换器的工作原理44-47
• 4.1.3 变压器的设计47-49
• 4.1.4 功率MOS管以及反并联二极管的设计49-50
• 4.1.5 副边全桥整流电路二极管的选择50-51
• 4.1.6 输出滤波器的设计51-53
• 4.1.7 防偏磁的串联耦合电容的设计53-54
• 4.1.8 驱动及保护电路的设计54-55
• 4.1.9 假负载的设计55-56
• 4.2 太阳能电池特性产生电路的设计56-57
• 4.3 采样滤波及逻辑控制电路的设计57-60
• 4.4 后级DC/DC变换电路的设计60-62
• 4.5 本章小结62-63
• 第5章 光伏阵列模拟器控制电路的设计63-70
• 5.1 小信号模型63-68
• 5.2 补偿器设计68-69
• 5.3 本章小结69-70
• 第6章 实验分析70-77
• 6.1 太阳能特性产生电路的波形70-72
• 6.2 采样比较模块的输出波形72
• 6.3 静态工作点波形72-75
• 6.4 动态特性75-76
• 6.5 本章小结76-77
• 结论及展望77-80
• 参考文献80-84
• 致谢84

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