CN202351387U - 一种光伏电池阵列模拟系统 - Google Patents

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邓群
蓝林虹
尤强强
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Abstract

本实用新型公开了一种光伏电池阵列模拟系统，包括控制处理模块以及与控制处理模块连接并受其控制的BUCK斩波电路模块。本实用新型采用简单可靠的BUCK斩波电路模块与处理控制模块相结合，由处理控制模块参照光伏特性曲线对输出的电流进行模拟，模拟光伏电池的输出，本新型产生的模拟电流与真实光伏电池阵列的电流曲线吻合精度高，稳定性好。

Description

一种光伏电池阵列模拟系统
技术领域
本实用新型涉及太阳能光伏发电技术设备领域，尤其是涉及一种光伏电池阵列模拟系统。 
背景技术
目前,全球性的能源危机迫使越来越多的国家开始重视新能源的研究, 光伏发电作为其中很重要的一种也得到广泛研究。但由于光伏电池造价高, 导致研究成本高, 不利于初期研究,因此,设计一种低成本能模拟光伏电池特性的模拟器来代替实际的光伏电池,则能大大加快光伏发电研究。实现对光伏电池特性的模拟主要有两种方法:查表法和分段拟合法。查表法所得到的电压( 或者电流) 给定量较精确,同时能较方便的模拟光伏电池在不同环境条件下的特性,但数据表格会占用大量的存储空间；分段拟合法一般采用直线段对光伏特性曲线进行拟合,对系统存储能力要求不高, 可以发挥数字控制器的实时运算能力,但拟合精度不高。 
发明内容
为了弥补上述光伏电池特性模拟方法以及装置的不足，不能精确的模拟光伏电池特性，对设备要求高的缺陷，本实用新型提出一种光伏电池阵列模拟系统。 
其技术方案为，一种光伏电池阵列模拟系统，包括控制处理模块以及与控制处理模块连接并受其控制的BUCK斩波电路模块。 
所述BUCK斩波电路模块包括电源、保护电路、DC/DC变换电路、滤波电路和采样电路，其中，保护电路输入端接电源的输出端，输出端接DC/DC变换电路的输入端，DC/DC变换电路输出端连接滤波电路输入端，滤波电路输出端分别连接采样电路和负载，控制处理模块的输入端连接在采样电路和电源的输出端，输出端连接DC/DC变换电路并输出控制信号控制DC/DC变换电路的输出。 
控制处理模块包括电流模拟器、PI调节器和脉宽调制器（PWM生成器），PI调节器分别与电流模拟器和脉宽调制机连接。 
本实用新型采用简单可靠的BUCK斩波电路模块与处理控制模块相结合，由处理控制模块参照光伏特性曲线对输出的电流进行模拟，模拟光伏电池的输出，本新型产生的模拟电流与真实光伏电池阵列的电流曲线吻合精度高，稳定性好。 
附图说明
图1是本实用新型的原理框型图； 
图2是本实用新型的BUCK斩波电路模块的电路原理图；
图3是光伏电池阵列特性曲线的示意图；
图4是本实用新型的工作流程示意图；
图中，C1，C2是滤波电容； D1、二极管；L1、电感；R1、压敏电阻；R2、负载；R3、电流采样电阻；Q1、场效应管；S1、保险丝。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步说明。 
本实用新型采用控制处理模块以及与控制处理模块连接并受其控制的BUCK斩波电路模块的结构，参照光伏特性曲线对光伏电池阵列进行模拟。上述技术方案通过硬件电路以及写有算法程序的控制处理模块来实现。硬件部分包括结构简单、性能可靠的Buck斩波电路和控制处理模块。控制处理模块实现对模拟器输出电流的控制。 
参照图1，本实用新型的一种实施方式。在本实施方式中所述BUCK斩波电路模块包括电源、保护电路、DC/DC变换电路、滤波电路和采样电路，其中，保护电路输入端接电源的输出端，输出端接DC/DC变换电路的输入端，DC/DC变换电路输出端连接滤波电路输入端，滤波电路输出端分别连接采样电路和负载，控制处理模块的输入端连接在采样电路和电源的输出端，输出端连接DC/DC变换电路并输出控制信号控制DC/DC变换电路的输出。 
结合图2，本新型一种实施方式的电路原理图，控制处理模块还包括电流模拟器、PI调节器和脉宽调制器（PWM生成器），PI调节器分别与电流模拟器和脉宽调制机连接。本图中，Buck斩波电路用电路图来表示。图中，所述DC/DC变换电路包括场效应管Q1，场效应管Q1源级与二极管D1的负极相连，漏极接电容C1的一端，且Q1和控制处理模块的脉宽调制器相连，脉宽调制器产生PWM信号输出。S1、R1、C1组成保护电路，S1为保险丝用来实现输入电流保护功能，R1为压敏电阻，用来实现输入电压过压硬件保护，电容C1起滤波作用。由上述元件组成的硬件电路结构简单，但是稳定性高。 
参照图3，光伏电池特性曲线示意图。本新型通过光性曲线的特性对模拟拟合方式进行计算。由图3中看出光伏电池阵列的输出特性在低压段近似为恒流源,拟合时采用直线段进行拟合。在高压段,光伏电池阵列的特性曲线非线性加强,若仍采用直线拟合,则误差明显增加。因此,应采用二次或二次以上的多项式对曲线分段进行拟合。在分段时,通过对拟合效果比较,分段点采用近似取半的方法选择可以得到较好的拟合效果。即第一段拟合的长度近似为整条特性曲线长度的一半, 第二段拟合的长度近似为剩余特性曲线长度的一半, 依次类推。整条特性曲线采用四段拟合即能达到很好的拟合效果。在拟合时,低压段采用一次多项式进行拟合,高压段采用二次多项式进行拟合。 
具体的拟合方法如下： 
在低压段, 以短路电流点A(x0,y0) 为一个端点,点B(x1,y1)为另一端点,利用数值计算公式可以得到一次拟合方程:
Figure 107159DEST_PATH_IMAGE002
从B 到E 的整个高压段分三段进行二次多项式拟合。如拟合段三, C(x2,y2),D(x3,y3)作为其两端点, 在两端点间通过尝试再取一点(如拟合段三中可取最大功率点F(x4,y4) 作为第三点,则利用公式可以得到C,D两点间的二次多项式拟合方程为:
Figure 211250DEST_PATH_IMAGE004
依次类推,可以得到对整条光伏阵列特性曲线的拟合方程。
结合图4，本实用新型对光伏电池阵列特性曲线进行模拟时的工作示意图，控制处理模块与Buck斩波电路配合的一种工作流程。参照图3的曲线，输出电压/电流经采样电路送入控制处理模块后,控制处理模块首先判断此时的输出电压/电流为于图3特性曲线的哪个拟合区间,然后电流模拟器根据相应区间的拟合多项式计算光伏电池阵列的输出电流值,并将此电流值作为输出电流的指令值在与实际输出电流值相减后送PI调节器。参照PI调节器的输出作为比较值,脉宽调制器产生可变脉宽的PWM波,控制主电路开关器件,从而实现对光伏电池阵列特性的模拟。 
上述技术方案仅体现了本实用新型技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本实用新型的原理，属于本实用新型的保护范围之内。 

Claims (3)

1.一种光伏电池阵列模拟系统，其特征在于，包括控制处理模块以及与控制处理模块连接并受其控制的BUCK斩波电路模块。
2.根据权利要求1所述的光伏电池阵列模拟系统，其特征在于，所述BUCK斩波电路模块包括电源、保护电路、DC/DC变换电路、滤波电路和采样电路，上述电路的连接方式为，保护电路输入端接电源的输出端，输出端接DC/DC变换电路的输入端，DC/DC变换电路输出端连接滤波电路输入端，滤波电路输出端分别连接采样电路和负载，控制处理模块的输入端连接在采样电路和电源的输出端，输出端连接DC/DC变换电路并输出控制信号控制DC/DC变换电路的输出。
3.根据权利要求1所述的光伏电池阵列模拟系统，其特征在于，控制处理模块包括电流模拟器、PI调节器和脉宽调制器，PI调节器分别与电流模拟器和脉宽调制机连接。
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CN103116118A (zh) * 2013-01-29 2013-05-22 东华大学 一种基于查表法的数字式光伏阵列模拟器系统
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