光伏阵列模拟器的设计

论文摘要

如何推广和应用新能源一直都是国家和社会重视的问题,微电网是新能源利用的最有效途径之一,为了有效地研究微电网的控制与运行,建立微电网实验室是非常必要的。光伏发电是微电网实验室中重要的发电单元。在微电网实验室中,既需要真实的光伏阵列进行光伏发电的研究,同时也需要光伏阵列模拟器,可以不受外界条件的影响,模拟各种光照和温度下的光伏电池的输出特性,实时进行微电网中多种运行方式的研究和实验。因此,光伏阵列模拟器的研究和设计具有非常重要的意义。本文对光伏阵列模拟器进行了设计,其主要内容包括以下几个方面：（1）介绍了微电网和微电网实验室的定义和现状,阐述了光伏发电系统的分类和特点及光伏阵列的发电原理,说明光伏阵列模拟器的研究现状及其在微电网实验室中的重要性。（2）有效的数学模型是设计光伏阵列模拟器的基础,本论文研究了光伏电池的理想数学模型和工程应用模型,包括查表法、曲线拟合法和数学计算法,考虑到各个模型的计算量和精确度,经过比较,本设计采用工程应用模型中的数学计算法,并由此得到光伏阵列的数学模型。（3）运用LabVIEW作为软件开发平台,以PXI1117任意波形发生器作为电源,PXI8622数据采集卡作为采集电路,结合信号调理电路设计了小功率的光伏电池模拟器,并在LabVIEW软件环境下对光伏电池的输出特性进行了仿真。运用该模拟器进行了相关实验。通过改变表示光照强度、环境温度和负载的大小,验证了该模拟器的有效性。（4）对功率为6kW、最大电压为600V、最大电流为10A的大功率光伏阵列模拟器进行了设计,其中包括了主功率电路的设计、控制回路的设计和计算程序的设计。主功率电路采用全桥DC/DC变换器的拓扑结构,通过计算求得主功率电路中的主要参数；控制回路采用单片机P89V51RD2FBC、IGBT驱动电路、信号检测电路和RS-232通信等技术进行了设计；计算程序以LabVIEW为平台,结合有效的数学模型完成的。随后进行了相关实验,说明该光伏阵列模拟器是正确的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 微电网与微电网实验室
• 1.1.1 微电网概述
• 1.1.2 微电网实验室
• 1.2 光伏发电与光伏阵列
• 1.2.1 光伏发电
• 1.2.2 光伏阵列简介
• 1.3 光伏阵列模拟器
• 1.3.1 模拟式光伏阵列模拟器
• 1.3.2 数字式光伏阵列模拟器
• 1.3.3 光伏阵列模拟器的研究现状
• 1.4 本课题主要工作
• 第二章 光伏阵列的输出特性及其数学模型
• 2.1 光伏阵列的输出特性
• 2.1.1 光照强度对光伏阵列输出的影响
• 2.1.2 环境温度对光伏阵列输出的影响
• 2.2 光伏电池的数学模型
• 2.2.1 光伏电池的等效电路
• 2.2.2 光伏电池的数学模型
• 2.2.3 光伏电池的工程数学模型
• 2.3 光伏阵列的数学模型
• 2.4 本章小结
• 第三章 小功率光伏电池模拟器的设计
• 3.1 LabVIEW环境下光伏电池的仿真
• 3.1.1 LabVIEW简介
• 3.1.2 基于LabVIEW的光伏电池输出特性的仿真
• 3.2 基于PXI的小功率光伏电池模拟器的设计
• 3.2.1 PXI简介
• 3.2.2 硬件介绍
• 3.2.3 小功率光伏电池模拟器的设计
• 3.3 实验设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 大功率光伏阵列模拟器的设计
• 4.1 主功率电路设计
• 4.1.1 主功率电路拓扑的选择
• 4.1.2 全桥DC/DC变换器的原理
• 4.1.3 输入整流电路的设计
• 4.1.4 全桥DC/DC电路设计
• 4.2 控制电路设计
• 4.2.1 信号调理电路
• 4.2.2 单片机P89V51RD2FBC的特性
• 4.2.3 IGBT驱动电路
• 4.2.4 RS232串口通讯设计
• 4.3 光伏曲线生成程序设计
• 4.4 实验设计
• 4.4.1 光伏阵列模拟器静态性能测试实验
• 4.4.2 光伏阵列模拟器动态性能测试实验
• 4.4.3 实验结果分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录