太阳能电池实验模拟装置

摘要

太阳能是可再生能源和新能源的重要组成部分，光伏发电是太阳能利用中含量最高最有前途的技术。光伏发电系统可以解决我国偏远无电地区人民生活用电问题，还可弥补城市供电紧缺等问题。为了能在实验室中进行光伏发电系统研究，需要一种可以模拟太阳能电池板输出特性曲线的装置。本文设计了一种新型的太阳能电池实验模拟装置来模拟太阳能电池在任意工况下的输出特性。
　　本文在对太阳能电池模拟器工作原理的研究基础上，提出了利用开关电源制作的数字式太阳能电池模拟器输出有纹波，存在毛刺的问题，针对这些问题给出了解决方法。根据系统的设计要求和输出需求，给出了本装置的总体设计方案。模拟装置主要包括两部分设计：主功率电路设计和控制系统设计。
　　主功率电路为具有一定输出功率的受电流控制的恒压源，采用开关稳压电源和线性稳压电源相结合的方式来实现输出电压的稳定。本文对主功率电路的两个模块进行了工作原理分析和详细的电路设计。
　　控制系统的核心控制器选用TI公司的TMS320F2812，通过对控制系统软硬件的设计，实现对开关稳压电源和线性稳压电源的双环控制，稳定输出电压。采用计算法和查表法相结合的控制算法使模拟装置按照太阳能特性曲线输出。设计的人机交互界面控制芯片采用STM32F103，主要负责光伏曲线的实时录入、光伏曲线和当前曲线下的负载电压电流显示。
　　基于上述设计，搭建了1KW太阳能电池实验模拟装置样机，通过系统仿真和样机测试，表明本装置能够较好的模拟太阳能电池输出特性，为光伏系统研究提供一个良好的实验平台。

目录

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1绪论

1.1课题的选题背景和研究意义

1.2太阳能电池模拟器

1.3本课题的国内外研究现状

1.4课题研究中出现的问题和解决方法

1.5论文主要工作安排

2太阳能电池实验模拟装置的方案设计

2.1太阳能电池模拟器的总体方案设计

2.2主功率电路设计

2.3控制系统设计

2.4本章小结

3太阳能电池发电原理和跟踪策略

3.1太阳能电池工作原理和输出特性

3.2太阳能电池的数学模型

3.3太阳能电池模型验证

3.4太阳能电池模拟装置负载工作点的跟踪策略

3.5本章小结

4太阳能电池模拟装置的主功率电路的详细设计

4.1线性稳压电源的工作原理

4.2线性稳压电源详细设计

4.3开关稳压电源详细设计

4.4本章小结

5太阳能电池模拟装置的控制系统详细设计

5.1模拟装置的控制系统设计

5.2控制电路设计

5.3人机界面设计

5.4软件设计

5.5本章小结

6实验结果分析

6.1系统仿真分析

6.2模拟装置样机测试

6.3结果分析

6.4本章小结

7总结和展望

7.1总结

7.2展望

致谢

参考文献

附录

在读期间发表论文及获得专利情况