CN109818573A - 一种太阳能电池模拟器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能电池模拟器，包括，调控模块，包括箱体、调节件和交互件，所述调节件和交互件分别设置于所述箱体的前面板和后面板上；以及，处理模块，与所述调节件和交互件连接；其中，所述处理模块包括控制单元、调波单元、逆变单元、整流电路和检测单元，所述控制单元、调波单元、逆变单元、整流电路和检测单元均设置于所述箱体内；本发明高精度，能够有效的对光伏发电系统的太阳能电池运行特性进行仿真模拟，因此可避免光伏发电系统设备的检测数据与实际使用存在着较大的偏差情况发生，满足检测工作的需要，便于推广使用。

Description

一种太阳能电池模拟器

技术领域

本发明涉及的仿真模拟技术领域，尤其涉及一种太阳能电池模拟器。

背景技术

太阳能电池又称为“太阳能芯片”或“光电池”，是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片，它只要被满足一定照度条件的光照到，瞬间就可输出电压及在有回路的情况下产生电流，在光伏发电系统中，由于光伏发电运行的特殊性，光伏发电系统的众多电气设备在出厂前及日常使用中，均需进行低频、超频、过压、欠压等众多项目的检测测试，而当前在进行这些项目检测时，需要检测设备除了可以提供满足各项检测内容所需要特定电压、电流等电能输出外，另需要可以根据光伏发电设备的发电特点，有效的对光伏发电中太阳能电池存在的多种运行状况进行仿真，当前所使用的光伏逆变器检测设备，其电源往往是直接将交流电进行整流转换成直流电进行驱动或直接由直流电源进行驱动检测设备运行，这样的电源设备虽然可以满足各项检测项目所需要的电能输出，但确无法有效的对光伏发电系统的运行特定进行仿真，因此造成对光伏发电系统设备的检测数据与实际使用存在着较大的偏差，不能有效满足检测工作的需要，不便于推广使用。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有太阳能电池模拟器存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明目的是提供一种太阳能电池模拟器，其能够有效的对光伏发电系统的太阳能电池运行特性进行仿真模拟，因此可避免光伏发电系统设备的检测数据与实际使用存在着较大的偏差情况发生，满足检测工作的需要。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种太阳能电池模拟器，包括，调控模块，包括箱体、调节件和交互件，所述调节件和交互件分别设置于所述箱体的前面板和后面板上；以及，处理模块，与所述调节件和交互件连接；其中，所述处理模块包括控制单元、调波单元、逆变单元、整流电路和检测单元，所述控制单元、调波单元、逆变单元、整流电路和检测单元均设置于所述箱体内。

作为本发明所述太阳能电池模拟器的一种优选方案，其中：所述控制单元包括MCU电路和驱动电路，所述MCU电路的输入端分别与所述调节件的设定钮和交互件连接，所述MCU电路的输出端分别与所述调节件的显示屏、交互件、驱动电路和调波单元连接。

作为本发明所述太阳能电池模拟器的一种优选方案，其中：所述驱动电路包括调制芯片、功率MOS管、抑峰电阻、去磁电路和驱动防振电路；

其中，所述去磁电路包括二极管和脉冲变压器绕组组成。

作为本发明所述太阳能电池模拟器的一种优选方案，其中：所述调波单元和驱动电路的输出端与所述逆变单元的输入端连接。

作为本发明所述太阳能电池模拟器的一种优选方案，其中：所述逆变单元的输出端与所述整流电路输入端建立连接。

作为本发明所述太阳能电池模拟器的一种优选方案，其中：所述整流电路的输出端分别与所述检测单元和交互件的输出端子连接。

作为本发明所述太阳能电池模拟器的一种优选方案，其中：所述整流电路包括整流桥、谐振逆变电路和高频变压绕组，所述整流桥一端与逆变单元连接，另一端通过谐振逆变电路与所述高频变压绕组建立连接。

作为本发明所述太阳能电池模拟器的一种优选方案，其中：所述检测单元区分为电流检测电路和电压检测电路，所述电流检测电路和电压检测电路均与所述整流电路的高频变压绕组和MCU电路连接。

作为本发明所述太阳能电池模拟器的一种优选方案，其中：所述电流检测电路包括电流传感器和保护电路。

作为本发明所述太阳能电池模拟器的一种优选方案，其中：所述交互件还包括输入端子和模拟控制接口，所述输入端子连接三相电源，所述模拟控制接口通过电缆与外置控制台建立连接。

本发明的有益效果：本发明设计合理、结构紧凑，高精度，能够有效的对光伏发电系统的太阳能电池运行特性进行仿真模拟，因此可避免光伏发电系统设备的检测数据与实际使用存在着较大的偏差情况发生，满足检测工作的需要，便于推广使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明太阳能电池模拟器第一个实施例的整体结构示意图；

图2为本发明太阳能电池模拟器第一个实施例的整体结构另一视角结构示意图；

图3为本发明太阳能电池模拟器第一个实施例的整体结构俯视结构示意图；

图4为本发明太阳能电池模拟器第一和二个实施例的整体处理流程示意图；

图5为本发明太阳能电池模拟器第二个实施例所述的MCU电路结构示意图；

图6为本发明太阳能电池模拟器第二个实施例所述的驱动电路结构示意图；

图7为本发明太阳能电池模拟器第二个实施例所述的调波单元结构示意图；

图8为本发明太阳能电池模拟器第二个实施例所述的逆变单元结构示意图；

图9为本发明太阳能电池模拟器第二个实施例所述的整流电路结构示意图；

图10为本发明太阳能电池模拟器第二个实施例所述的电流检测电路结构示意图；

图11为本发明太阳能电池模拟器第二个实施例所述的电压检测电路结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

再其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

参照图1~4，为本发明第一个实施例，提供了一种太阳能电池模拟器的整体结构示意图，如图1，一种太阳能电池模拟器包括调控模块100，包括箱体101、调节件102和交互件103，调节件102和交互件103分别设置于箱体101的前面板101a和后面板101b上；以及，处理模块200，与调节件102和交互件103连接；其中，处理模块200包括控制单元201、调波单元202、逆变单元203、整流电路204和检测单元205，控制单元201、调波单元202、逆变单元203、整流电路204和检测单元205均设置于箱体101内。

具体的，本发明主体结构包括调控模块100和处理模块200，两者相互配合，能够真实模拟太阳能电池，同时能够根据所需模拟多种情况下太阳能电池的输出特性，其中，调控模块100，起到调节、响应和输送电源的作用，其包括箱体101、调节件102和交互件103，调节件102用于设置和显示数据及响应曲线，而交互件103为连接端口，为电源、信号和数据输入输出提供了条件，其调节件102和交互件103分别设置于箱体101的前面板101a和后面板101b上；其处理模块200，起到处理调节件102或通过交互件103设置或输入的命令，并将处理后的命令反馈至调节件102或通过交互件103连接的外置控制平台上，处理模块200均与调节件102和交互件103连接，需说明的是，处理模块200包括控制单元201、调波单元202、逆变单元203、整流电路204和检测单元205，控制单元201、调波单元202、逆变单元203、整流电路204和检测单元205均设置于箱体101内。

进一步的，调节件102包括设定钮102a和显示屏102b，显示屏102b用于显示设置或测试中的信息，设定钮102a起到启动和设置的作用，具体的，设定钮102a和显示屏102b均设置于箱体101的前面板101a上，其中，设定钮102a区分为功能键、参数设定旋钮、直设按钮、启动按钮、菜单键、修改键、取消键、翻页键和确认键，其功能键包括F1~F4按钮，四个按钮在不同的界面下具有不同的功能，方便用户使用，于此对于设置有四个LED指示灯，LED指示灯点亮时表明进入对应的状态，其中，对应REMOTE的指示灯亮表示进入了远程模式，对应CV的指示灯亮表明处于定电压输出模式，对应CC的指示灯亮表明处于定电流输出模式，其参数设定旋钮用于调节光标位置对应参数的值，直设按钮区分为Voltage和Current按钮，Voltage和Current按钮用于直接设定电压或/和电流值，翻页键包括向上按钮和向下按钮，向上按钮和向下按钮用于选择参数或翻页，而修改键区分为++键、+键、--键和-键，++键、+键、--键和-键用于修改参数，需说明的是，菜单键和直设按钮在序列测试执行、暂停、单步执行和定功率模式执行界面下不响应，较好的，显示屏102b采用256*64 全点阵式VFD。

进一步的，交互件103包括输出端子103a、AC输入端子103b和模拟控制接口103c，AC输入端子103b连接三相电源，模拟控制接口103c通过电缆与外置控制台建立连接，其中，输出端子103a区分为+、-两端，而模拟控制接口103c的作用为通过该接口外接模拟信号对电源的输出进行控制，包括电压、电流、OVP 设定，启动停止，输出以及状态监控，需说明的是，交互件103还包括SENSE 接口103d、GPIB 接口103e、RS232 接口103f、设置开关103g、接地端子103h、并机输入接口103i和并机输出接口103y，其输出端子103a、AC输入端子103b、模拟控制接口103c、SENSE 接口103d、GPIB 接口103e、RS232 接口103f、设置开关103g、接地端子103h、并机输入接口103i和并机输出接口103y均安装于后面板101b上，具体的，SENSE 接口103d起到引线压降补偿的作用，GPIB 接口103e的作用为通过GPIB 通信接口进行远程控制，RS232 接口103f用于远程控制连接，设置开关103g用于对GPIB 接口103e进行设置的作用。

参照图4~11，为本发明的第二个实施例，该实施例不同于第一个实施例的是：处理模块200包括控制单元201、调波单元202、逆变单元203、整流电路204和检测单元205，控制单元201、调波单元202、逆变单元203、整流电路204和检测单元205之间相互配合，能够根据调控模块100设置的太阳能电池运行特性进行仿真模拟，避免光伏发电系统设备的检测数据与实际使用存在着较大的偏差情况发生，满足对光伏逆变器多项性能检测的需要。具体的，参见图1，其主体结构包括调控模块100和处理模块200，两者相互配合，能够真实模拟太阳能电池，同时能够根据所需模拟多种情况下太阳能电池的输出特性，其中，调控模块100，起到调节、响应和输送电源的作用，其包括箱体101、调节件102和交互件103，调节件102用于设置和显示数据及响应曲线，而交互件103为连接端口，为电源、信号和数据输入输出提供了条件，其调节件102和交互件103分别设置于箱体101的前面板101a和后面板101b上；其处理模块200，起到处理调节件102或通过交互件103设置或输入的命令，并将处理后的命令反馈至调节件102或通过交互件103连接的外置控制平台上，处理模块200均与调节件102和交互件103连接，需说明的是，处理模块200包括控制单元201、调波单元202、逆变单元203、整流电路204和检测单元205，控制单元201、调波单元202、逆变单元203、整流电路204和检测单元205均设置于箱体101内。而处理模块200包括控制单元201、调波单元202、逆变单元203、整流电路204和检测单元205，控制单元201、调波单元202、逆变单元203、整流电路204和检测单元205之间相互配合，能够根据调控模块100设置的太阳能电池运行特性进行仿真模拟，避免光伏发电系统设备的检测数据与实际使用存在着较大的偏差情况发生，满足对光伏逆变器多项性能检测的需要，其中，控制单元201的输出端分别与调波单元202和逆变单元203的输入端连接，调波单元202的输出端与逆变单元203的输入端连接，逆变单元203的输出端与整流电路204的输入端连接，整流电路204的输出端分别与负载和检测单元205连接，检测单元205与控制单元201连接，需说明的是，负载为蓄电池类和感性负载，较好的，整流电路204与负载之间串接二极管或直流接触器，避免造成整流电路204和负载损坏。

进一步的，控制单元201包括MCU 电路201a和驱动电路201b，MCU 电路201a由型号STM32F103RFT6处理芯片和隔离保护电路组成，其MCU电路201a的输入端分别与调节件102的设定钮102a和交互件103连接，而MCU电路201a的输出端分别与调节件102的显示屏102b、交互件103、驱动电路201b和调波单元202连接，需说明的是，驱动电路201b包括调制芯片201b-1、功率MOS管201b-2、抑峰电阻201b-3、去磁电路201b-4和驱动防振电路201b-5，调制芯片201b-1的一端与MCU电路201a连接，另一端通过去磁电路201b-4分别与驱动防振电路201b-5和抑峰电阻201b-3连接，驱动防振电路201b-5和抑峰电阻201b-3均与功率MOS管201b-2连接，其中，去磁电路201b-4由二极管和脉冲变压器绕组组成，驱动防振电路201b-5由电阻R65、二极管D15和电阻R67组成，电阻R65、二极管D15和电阻R67可以加速驱动并防止驱动脉冲产生振荡，抑峰电阻201b-3为电阻R70，电阻R70用于抑制驱动脉冲的尖峰，调制芯片201b-1的型号为TL494芯片，具体过程为：调制芯片201b-1输出脉冲信号去驱动功率MOS管201b-2，脉冲电压为正时，功率MOS管201b-2导通，此时三极管Q7截止，由其构成的驱放电路不工作，当脉冲电压为零时，则三极管Q7导通，快速泄放功率MOS管201b-2栅级电荷，加速功率MOS管201b-2截止。

进一步的，调波单元202是工频整流滤波的过程，具体的是主路三相交流输入经过换相电感接到三个SCR桥臂组成的整流器之后变换成直流电压，通过控制整流桥SCR的导通角来调节输出直流电压值，从而来实现本模拟器定电压电流的过程，调波单元202和驱动电路201b的输出端与逆变单元203的输入端连接，调波单元202将交流电整流为直流电输入逆变单元203，逆变单元203是把直流电能转变成交流电电流，它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成，而驱动电路201b用于驱动逆变单元203将输入的直流电转换为交流电输出，其逆变单元203的输出端与整流电路204输入端建立连接，即整流电路204输入交流电。

进一步的，整流电路204的输出端分别与检测单元205和交互件103的输出端子103a连接，其整流电路204起到高频整流滤波的作用，具体将逆变单元203输入的交流电转换为直流电输出，调波单元202、逆变单元203和整流电路204三者之间的直交流电转换，能够灵活的模拟多种太阳能电池工作状态输出，且保证输出电能稳定性和连续性，保证了太阳能电池模拟器的模拟仿真性能，需说明的是，整流电路204包括整流桥204a、谐振逆变电路204b和高频变压绕组204c，整流桥204a一端与逆变单元203连接，另一端通过谐振逆变电路204b与高频变压绕组204c建立连接。

进一步的，检测单元205区分为电流检测电路205a和电压检测电路205b，电流检测电路205a和电压检测电路205b均与整流电路204的高频变压绕组204c和MCU电路201a连接，电流检测电路205a包括电流传感器和保护电路，在电流传感器的输出端接一个电阻，从而将电流检测信号转换为电压信号，经过电压跟随器输送到控制器的A/D 采样模块，从而得到整流电路204输出的电流大小，将检测到的电流与设定的电流值对比，为了防止电流检测电路的输出高于A/D 采样模块的允许值，而电压检测电路205b需要分别对整流电路输出电压和负载电压，检测电压是为了控制模拟器的输出，使其在太阳能电池输出特性曲线上，将电压检测电路205b的输出送入控制器的A/D 采样模块，用于检测并核实电压，较好的，电压检测电路205b采用电阻分压的方法，完成对电压值的检测。

重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的（例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值（例如，温度、压力等）、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等）。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本发明不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。

此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征（即，与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征，或于实现本发明不相关的那些特征）。

应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种太阳能电池模拟器，其特征在于：包括，

调控模块（100），包括箱体（101）、调节件（102）和交互件（103），所述调节件（102）和交互件（103）分别设置于所述箱体（101）的前面板（101a）和后面板（101b）上；以及，

处理模块（200），与所述调节件（102）和交互件（103）连接；

其中，所述处理模块（200）包括控制单元（201）、调波单元（202）、逆变单元（203）、整流电路（204）和检测单元（205），所述控制单元（201）、调波单元（202）、逆变单元（203）、整流电路（204）和检测单元（205）均设置于所述箱体（101）内。

2.如权利要求1 所述的太阳能电池模拟器，其特征在于：所述控制单元（201）包括MCU电路（201a）和驱动电路（201b），所述MCU电路（201a）的输入端分别与所述调节件（102）的设定钮（102a）和交互件（103）连接，所述MCU电路（201a）的输出端分别与所述调节件（102）的显示屏（102b）、交互件（103）、驱动电路（201b）和调波单元（202）连接。

3.如权利要求2 所述的太阳能电池模拟器，其特征在于：所述驱动电路（201b）包括调制芯片（201b-1）、功率MOS管（201b-2）、抑峰电阻（201b-3）、去磁电路（201b-4）和驱动防振电路（201b-5）；

其中，所述去磁电路（201b-4）包括二极管和脉冲变压器绕组组成。

4.如权利要求2或3所述的太阳能电池模拟器，其特征在于：所述调波单元（202）和驱动电路（201b）的输出端与所述逆变单元（203）的输入端连接。

5.如权利要求4所述的太阳能电池模拟器，其特征在于：所述逆变单元（203）的输出端与所述整流电路（204）输入端建立连接。

6.如权利要求1~3和5任一所述的太阳能电池模拟器，其特征在于：所述整流电路（204）的输出端分别与所述检测单元（205）和交互件（103）的输出端子（103a）连接。

7.如权利要求6所述的太阳能电池模拟器，其特征在于：所述整流电路（204）包括整流桥（204a）、谐振逆变电路（204b）和高频变压绕组（204c），所述整流桥（204a）一端与逆变单元（203）连接，另一端通过谐振逆变电路（204b）与所述高频变压绕组（204c）建立连接。

8.如权利要求7所述的太阳能电池模拟器，其特征在于：所述检测单元（205）区分为电流检测电路（205a）和电压检测电路（205b），所述电流检测电路（205a）和电压检测电路（205b）均与所述整流电路（204）的高频变压绕组（204c）和MCU电路（201a）连接。

9.如权利要求8 所述的太阳能电池模拟器，其特征在于：所述电流检测电路（205a）包括电流传感器和保护电路。

10.如权利要求9 所述的太阳能电池模拟器，其特征在于：所述交互件（103）还包括AC输入端子（103b）和模拟控制接口（103c），所述AC输入端子（103b）连接三相电源，所述模拟控制接口（103c）通过电缆与外置控制台建立连接。