文档介绍：南京航空航天大学
硕士学位论文
数字式太阳能电池阵列模拟器的研究与设计
姓名:王爽
申请学位级别:硕士
专业:电机与电器
指导教师:马运东
2011-01
南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
在如今新能源的开发和利用中,光伏发电所占有的比重越来越大,因而对于光伏设备的研
究和开发也日益增多。在研发过程中,由于受到环境条件的制约,利用真实的太阳能电池很难
实现全天候的测试。太阳能电池阵列模拟器可以模拟任何环境条件下的太阳能电池阵列的输出
外特性,可以大大缩短光伏发电系统的研发周期,提高研发效率。本文的研究内容如下:
首先就光伏发电以及太阳能电池技术的发展进行了简单回顾,从太阳能电池的内部结构入
手,建立了其等效电路及数学模型,据此得到了太阳能电池的典型输出特性曲线,详细分析了
该特性曲线与外界工作环境之间的关系,并就目前存在的两种光伏电池模拟方案:数字式与模
拟式的优缺点进行了讨论,确定了以数字式作为本系统的实现方案。
从一个典型的光伏发电系统入手,详细介绍了系统各部分的作用及其工作原理,重点分析
了实现太阳能电池最大功率跟踪的原理,它是通过控制光伏电池的输出电压来达到改变系统工
作点的目的,由此可以看出需对光伏电池模拟器的输出电流作为直接控制量。然后就目前几种
模拟器负载工作点的调节方案进行了讨论,指出了其不足之处,最终确定了本文基于电流反馈
的控制策略。
对系统的软硬件设计进行了详细的介绍。硬件部分包括:基于全桥变换器的 DC-DC 主功
率电路、功能电路以及基于 TM320F2809 的 DSP 控制电路设计;软件部分包括:电流调节器的
参数整定方案以及基于 C 语言和汇编语言混合编程的 DSP 控制程序设计。以上软硬件模块经过
实际验证均能正常工作,为最终的系统实现奠定了良好的基础。
最后,给出了仿真和样机实验波形。稳态实验结果表明模拟器的稳态工作点能够与所模拟
的太阳能电池阵列 I-V 输出特性曲线上的各点吻合,其模拟精度达到了规定的指标;动态实验
结果表明模拟器具有良好的动态调节特性,能够满足后级最大功率跟踪需求。以上实验结果证
明了本文所提出的模拟方案及控制策略的正确性和有效性。

关键词:光伏发电、数字式光伏电池阵列模拟器、全桥变换器、TM320F2809、电流反馈控制
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数字式太阳能电池阵列模拟器的研究与设计
Abstract
Nowadays solar energy is playing a very important role in new energy power generation.
Manufacturers and laboratories dedicated to photovoltaic (PV) equipment research and development
are arising continuously. With the real PV modules as test platform in the development of photovoltaic
systems, it is hard to perform all-weather tests on PV equipment due to the environmental limitations.
The PV array simulator, as a new type specific power supply, can emulate the I-V characteristic of
real PV arrays under any working conditions, which makes the all-weather tests and developments of
PV systems possible, thus greatly reduces time and improves the efficiency of the products
development. The contents of this study are as follows:
Firstly, the developments of solar energy and PV array technology are reviewed, according to the
internal structure and the equivalent circuit of the photovoltaic array, a mathematical model of solar