数字式光伏阵列模拟器的研究与设计

摘要

光伏发电系统或装置在实验测试中直接使用光伏阵列有着诸多不便。本文研究的数字式光伏阵列模拟器可以代替实际的光伏阵列用于实验室的研究和测试。
　　本文首先分析了光伏阵列的工作原理并在此基础上建立了光伏阵列的等效电路。详细推导了光伏阵列数学模型并将其进一步简化成光伏阵列工程用数学模型，以方便工程实际应用。利用Matlab/Simulink对光伏阵列工程用数学模型进行了仿真验证。其次针对现有光伏阵列输出特性曲线分段拟合方法中分段点需要凭观察和经验来人工确定、每一分段拟合函数的确定方法比较粗糙以及手工计算耗时且容易出错的问题，对现有的自动分段拟合方法做出了改进，提出了自动分段多项式拟合方法并将其应用于光伏阵列输出特性曲线的拟合上。给出了该拟合方法的具体算法，通过两个算例，与文献中现有的分段拟合方法进行对比分析。结果表明该方法在同等条件下有更高的拟合精度，拟合结果在分段点连续，且由于采用广义逆求最小二乘解，在很大程度上简化了数学推导和编程实现。最后，基于BUCK变换器和TMS320F2812设计了一种数字式光伏阵列模拟器。给出了模拟器对主电路拓扑的要求和主电路各元部件的计算、选型的过程，以及控制电路各部分的设计方案，并且详细阐述了模拟器的控制算法及其软件实现。在Matlab/Simulink下进行了原理性验证并对制作调试好的样机进行了实验测试。结果表明，所设计的数字式光伏阵列模拟器能够很好地模拟光伏阵列的输出特性。

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第一章 绪论

1.1能源发展与太阳能利用

1.2光伏发电及其发展现状

1.3光伏阵列模拟器的研究背景和现状

1.4论文的主要内容与章节安排

第二章 光伏阵列建模与仿真

2.1引言

2.2光伏阵列的等效电路

2.3光伏阵列的工程用数学模型

2.4光伏阵列工程用数学模型的仿真分析

2.5本章小结

第三章 光伏阵列输出特性曲线的自动分段多项式拟合

3.1引言

3.2自动分段多项式拟合的研究意义

3.3自动分段多项式拟合的算法

3.4自动分段多项式拟合的算例分析

3.5自动分段多项式拟合在光伏阵列模拟器中的应用

3.6本章小结

第四章 主电路设计

4.1引言

4.2主电路拓扑

4.3 BUCK变换器

4.4主要器件选择与参数计算

4.5本章小结

第五章 控制系统设计

5.1引言

5.2检测与控制电路设计

5.3控制算法

5.4本章小结

第六章 实验结果与分析

6.1引言

6.2仿真分析

6.3实验分析

6.4本章小结

第七章 结束语

7.1主要工作与创新点

7.2后续研究工作

参考文献

附录1 硬件电路原理图

附录2 DSP主要程序

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文

答辩决议书

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