硕士论文数字式光伏阵列模拟器研究.pdf

数字式光伏阵列模拟器研究





重庆大学硕士学位论文

学生姓名:傅望
指导教师:周林教授
专业:电气工程
学科门类:工学



重庆大学电气工程学院
二 O 一一年五月
The Research of Digital PV Array Simulator




A Thesis Submitted to Chongqing University
in Partial Fulfillment of the Requirement for the
Degree of Master of Engineering
By
Fu Wang

Supervised by Lin
Major:Electrical Engineering

College of Electrical Engineering of Chongqing
University, Chongqing, China
May 2011
重庆大学硕士学位论文中文摘要

摘要

光伏发电是当前利用太阳能的主要方式之一,具有良好的发展前景。光伏阵
列是光伏发电系统中的核心部件,目前对光伏发电的应用仍主要处于研究阶段。
在研发环境下:大功率的光伏阵列非常昂贵,投资大;且自然条件下,太阳光辐
射持续变化,导致实验室中难以开发和试验。为了在实验室内方便对光伏发电相
关技术进行研究,国内外学者提出光伏阵列模拟器这一概念并研发了试验样机和
产品,用以模拟实际光伏阵列的输出特性,替代光伏阵列来作为光伏发电技术研
究的硬件基础。
论文首先综述了各种类型的光伏阵列模拟器,包括早期出现的模拟式光伏阵
列模拟器和目前研究较多的数字式光伏阵列模拟器。从光伏阵列模拟器的类型和
原理出发,归纳总结了各种模拟器的特点和应用场合,指出在环境变化或负载变
化时提高模拟器的输出准确度和实时响应速度具有理论和现实意义。
数字式光伏模拟器的基本原理是按照光伏电池数学模型 I-V 参考数据输出的
开关电源,参考数据准确快速地生成是提高模拟器性能的主要手段。目前误差较
小的指数模型存在运算量大的缺点,不易较快地生成开关电源所需的参考信号。
所以本文提出了一种新的光伏电池数学模型方程:推导出了三个重力场下的质点
平抛运动轨迹方程来表达光伏电池 I-V 输出特性。对模型数据和实测数据进行了误
差分析,结果表明新模型能满足工程精度的要求;其计算量小,弥补了传统指数
模型计算量大的缺点。其次是改进了传统的负载工作点跟踪算法,根据新模型不
含指数运算且为 R 显函数的特点,推导出了负载工作点电流 Iref 与负载 R 的函数关
系式,为光伏阵列模拟器的控制器更快地提供准确的参考信号,并设计了一个光
伏阵列模拟器来验证该模型和算法的正确性。
通过在 MATLAB/SIMULINK 环境下对所设计的数字式光伏阵列模拟器进行
了仿真,证明了前期工作的可行性,为了进一步验证电池模型和改进算法对数字
式光伏阵列模拟器性能的影响效果,本文用 RT-LAB 半实物实时仿真平台进行了
实验,本实验主电路部分用硬件实现,控制部分在 RT-LAB 实时仿真器建模实现。
实验结果表明:该数字式光伏阵列模拟器能完成其模拟功能,并具有良好的动态
性能。

关键词:光伏发电,光伏阵列模拟器,数学模型,平抛运动,RT-LAB
I
重庆大学硕士学位论文英文摘要

ABSTRACT

Photovoltaic power generation enjoys development prospects,which is one of the
main methods to make use of solar energy. Photovoltaic solar array is the core
component of this system, the current application of photovoltaic power generation is
still mainly a research stage. R & D environment: high-power solar array is very
expensive and need large investment; natural conditions, the ongoing changes in solar
radiation, leading to the developmen