一种光伏阵列模拟器的研究和设计

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1、硕士学位论文一种光伏阵列模拟器的研究和设计RESEARCHANDDESIGNOFAKINDOFPHOTOVOLTAICARRAYSIMULATOR张磊哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TM46学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文一种光伏阵列模拟器的研究与设计硕士研究生：张磊导师：张东来教授申请学位：工学硕士学科：电气工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM46U.D.C:621.3Disser

2、tationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHANDDESIGNOFAKINDOFPHOTOVOLTAICARRAYSIMULATORCandidate：ZhangLeiSupervisor：Prof.ZhangDonglaiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ElectricalEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateschoolDateofDefence

3、：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要光伏阵列模拟器是一种实验测试用直流电源，其输出U-I特性(电压-电流特性)要模拟实际光伏阵列的输出特性，主要用于光伏发电系统以及航天器一次供电系统的研发阶段,对电能调节装置的工作性能进行测试。简单地说光伏阵列模拟器可以作为供电源，测试一切需要以半导体太阳能电池的输出直流电能作为能量来源的用电对象，并且能够通过模拟光电池在环境变化条件下(如光照、温

4、度、阴影遮挡等)的输出电特性变化来测试与验证这些用电对象的电能获取能力，甚至可以通过老化实验来这对些用电对象的使用寿命进行预测。本文研究了太阳能电池的工作特性，借助文献资料引出了太阳能电池的数学模型以及常用的太阳能电池的建模方法，同时验证了硬件和软件角度实现太阳能电池输出U-I特性曲线的方式，为光伏阵列模拟器的设计奠定了基础。针对要实现的模拟器的性能特点，设计了一款高动态响应的电流源作为模拟器主功率实现方式。电流源的设计过程中引入了运放电路的稳定性分析，借助saber仿真环境对主功率电路进行了频域分析，并在此基

5、础上选择了运放电路的补偿方案。在主功率方案确定的基础之上，为确保模拟器尽可能高的动态响应能力，最终选用了硬件生成光电池U-I参考曲线的方式，即一种带指数运算电路的电压-电流双环控制电路实现了光伏阵列模拟器的设计。最后，本文基于saber仿真环境，建立了光伏阵列模拟器的仿真模型，并对其动态响应能力、电压-电流静态输出特性、串联结构的功率扩展方式等进行了时域分析，验证了设计的模拟器理论上的可行性。并在此基础之上，搭建了光伏阵列模拟器单体硬件电路平台，对相关电特性指标进行了测试。测试结果证明设计的模拟器满足研究的要求

6、。关键词：太阳能电池；快速响应电流源；光电池建模；线性电路环路分析；功率扩展-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractPhotovoltaicarraysimulatorisakindofexperimenttestingDCpowersource,itsoutputcharacteristicofU-Ishouldemulaletherealsolararray,whichmostlyusedforevaluatingthepowerconditionningunits’workingperform

7、anceduringtheresearchanddevelopmentphaseofphotovoltaicgenerationsystemandspacecraftPCU.Insimpleterms,photovoltaicarraysimulatorcouldbeapowersupplytotestanyDCloadofthesemiconductorsolarcellsorarray,totesttheseloads’abilityofacquisitionenergybysimulatingtheele

8、ctriccharacteristicschangingcausedbytheworkingtmeperatureandsolarlightintensitychange.Furthermorethesimulatorscanevenpredicttheloads’workinglifebytheagingtest.Inthispaper,theworkingcharacteristi