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基于DSP模拟太阳能电池输出特性的研究

关注热度:68   来源:新能源学术论文  作者:安悦珩
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【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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关键词: 太阳能电池数学模型

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