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交互式数字光伏阵列模拟器的研究

作　者: 王腾达
导　师: 王正仕
学　校: 浙江大学
专　业: 电气工程
关键词: 光伏电池模拟器输出特性曲线数字PID控制器半桥变换器
分类号: TM464
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 33次
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内容摘要

面对能源危机,太阳能作为一种新型的可再生资源受到越来越广泛的重视和研究,但是科研中光伏电池易受环境影响且使用不方便,所以本文设计一种新型的光伏电池阵列模拟器,能跟随输出任意环境条件下的光伏电池输出特性曲线,可方便实验室开发光伏发电系统,深入实验研究。本文选用半桥DC/DC变换器作为模拟器的主功率电路,采用数学信号处理器作为控制核心,研究设计了一种最大输出功率为1kW的光伏电池阵列模拟器。首先在对光伏电池输出特性曲线进行精确数学建模的基础上采用多项式拟合简化模型,并设计了一种新型快速收敛的模拟器工作点搜寻计算方式。在半桥变换器电路准确建模的基础上设计数字PID控制器并创新性的采用数字积分分离法,有效的改善了模拟器的动态性能及动态超调量,使模拟器在所有的负载域内都有良好的动态及稳态效果。本文使用LabVIEW设计了人机交互界面,使整个模拟器的使用更为简易,可方便切换电池规格及环境参数。同时人机交互界面所带的示波器能实时显示模拟器的输出电压电流及功率信息,方便使用者观察模拟器状态。最后在理论分析的基础上,设计制作了一台实验样机,实验结果证明了文本的设计方案及控制策略的可行性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-14
  1.1 课题背景  9-10
    1.1.1 化石能源危机及太阳能开发前景  9
    1.1.2 光伏发电系统发展综述  9-10
    1.1.3 光伏电池阵列简介  10
  1.2 本课题国内外的研究现状及意义  10-12
    1.2.1 本课题国内外的研究现状  10-11
    1.2.2 本课题研究意义  11-12
  1.3 课题主要研究内容  12-14
第2章光伏电池输出特性分析及多项式拟合  14-22
  2.1 光伏电池阵列工作原理  14-15
    2.1.1 光伏电池阵列输出特性  14-15
    2.1.2 光伏电池工作等效电路模型  15
  2.2 光伏电池输出特性数学建模分析  15-19
    2.2.1 光伏电池数学建模及模型简化  15-17
    2.2.2 环境参量对数学模型的影响  17-19
  2.3 光伏电池输出特性曲线多项式拟合  19-21
  2.4 本章小结  21-22
第3章光伏电池阵列模拟器主电路设计  22-38
  3.1 主功率硬件电路设计及分析  22-30
    3.1.1 电路拓扑分析比较  22-24
    3.1.2 半桥变换器变压器设计  24-26
    3.1.3 半桥变换器小信号建模  26-30
  3.2 电压闭环PID控制器设计  30-37
    3.2.1 PID控制器原理  30-33
    3.2.2 PID控制器参数整定及系统稳定性分析  33-37
  3.3 本章小结  37-38
第4章光伏电池模拟器系统软件设计  38-48
  4.1 光伏电池模拟器静态工作点搜寻策略  38-43
    4.1.1 光伏电池模拟器静态工作点  38-39
    4.1.2 光伏电池模拟器工作原理分析  39-40
    4.1.3 搜寻负载静态工作点算法  40-43
  4.2 数字PID控制器软件设计  43-46
    4.2.1 模拟控制器的离散化  43
    4.2.2 数字PID控制器算法实现  43-45
    4.2.3 数字PID控制器优化算法  45-46
  4.3 光伏电池模拟器程序架构设计  46-47
    4.3.1 主控制程序设计  46-47
    4.3.2 系统保护程序设计  47
  4.4 本章小结  47-48
第5章基于LabVIEW的人机交互界面设计  48-51
  5.1 虚拟仪器开发环境简介  48
  5.2 人机交互界面功能介绍  48-50
    5.2.1 光伏电池阵列模拟器输出信息显示  48-49
    5.2.2 数据交换通信协议设置  49
    5.2.3 光伏电池规格及环境参数设置  49-50
  5.3 本章小结  50-51
第6章光伏电池模拟器实验结果及分析  51-60
  6.1 光伏电池模拟器样机介绍  51-52
  6.2 模拟器实验结果及相关波形  52-59
    6.2.1 模拟器最大功率点附近工作状态  52-53
    6.2.2 开路电压附近工作状态  53
    6.2.3 模拟器输出特性曲线跟随性测试  53-54
    6.2.4 系统动态性能测试  54-56
    6.2.5 环境参数变化动态过程实验  56-58
    6.2.6 人机界面输出信息显示效果  58-59
  6.3 本章小结  59-60
总结与展望  60-62
参考文献  62-65
致谢  65-66
作者简历  66

交互式数字光伏阵列模拟器的研究

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