CN202818132U - 一种太阳能电池模拟器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种太阳能电池模拟器，包括依次电连接的第一交流-直流转换模块(1)、IGBT(2)、高频变压器(3)、第二交流-直流转换模块(4)、输出串并联转换模块(5)、第二滤波电路(6)和光伏逆变器(7)；第二滤波电路(6)还输出电连接电流互感器(8)、A\D采集电路(9)、控制单元(10)、PWM(11)、驱动电路(12)和IGBT(2)的控制端。这种模拟器，能模拟太阳能电池输出开路电压、短路电流以及电流-电压(I-V)曲线显示，并带最大功率点跟踪(MPPT)，充分满足了太阳能光伏并网逆变器的研发和测试。
Description
技术领域
本实用新型涉及电源模拟技术，具体涉及一种太阳能电池模拟器。
背景技术
目前，在研究一个带有较大功率负载的光伏发电系统或在并网运行时，需要用到几千瓦，几十、几百千瓦乃至兆级的太阳能电池阵列，在安装如此大功率的太阳能电池组成光伏阵列不太现实的情况下，太阳能电池模拟器就成了比不可少的实验工具。太阳能电池模拟器可以模拟任意日照及环境温度、任意功率要求条件下的太阳能电池阵列的输出特性、负载能力与系统的性能，是系统任何时候都能在实验室里重现它在不同室外条件下的性能和动态、稳态行为，实现对系统在线工作与在线调试的完全逼真的模拟和仿真。以往的太阳能模拟器常采用仿日照灯模拟光源的方法，这种方法制作复杂，成本高，能量损失大。随着电力电子技术的发展，用DSP作为主控器件实现数字式电池陈列模拟器变得越来越成熟。
但模拟器仍然存在几个不足：
1、模拟器机箱温度以及电池样品P-N结的结温都变化较大，导致最后输出与现实有很大误差。而且温度的变化会导致太阳能电池的开路电压与最大功率点发生偏移，使模拟器的逼真度受影响。
2、目前有许多太阳能模拟光源的厂家，他产品的制作工艺、参数和性能上有很大的差别，实验效果也不尽相同。
实用新型内容
本实用新型需要解决的技术问题是，如何提供一种太阳能电池模拟器，能模拟太阳能电池输出开路电压、短路电流以及电流-电压(I-V)曲线显示，并带最大功率点跟踪(MPPT)，用来满足太阳能光伏并网逆变器的研发、测试。
本实用新型技术问题这样解决：构建一种太阳能电池模拟器，包括依次电连接的第一交流-直流转换模块、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、高频变压器、第二交流-直流转换模块、输出串并联转换模块、第二滤波电路和光伏逆变器；第二滤波电路还输出电连接电流互感器、模/数(A/D)采集电路、控制单元、脉宽调制器(PWM)、驱动电路和IGBT的控制端。
按照本实用新型提供的太阳能电池模拟器，还包括位于第一交流-直流转换模块与IGBT之间的第一滤波电路。
按照本实用新型提供的太阳能电池模拟器，第一滤波电路和第二滤波电路中都包括多个串并联的电容。
按照本实用新型提供的太阳能电池模拟器，第一交流-直流转换模块是整流桥。
按照本实用新型提供的太阳能电池模拟器，第一交流-直流转换模块是三相桥式整流器。
按照本实用新型提供的太阳能电池模拟器，第二交流-直流转换模块是二极管整流。
按照本实用新型提供的太阳能电池模拟器，第二交流-直流转换模块是单相全波整流电路。
按照本实用新型提供的太阳能电池模拟器，第二滤波电路由电感线圈和输出滤波电容构成。
按照本实用新型提供的太阳能电池模拟器，所述光伏逆变器电连接负载。
按照本实用新型提供的太阳能电池模拟器，PWM具体是正弦脉宽调制电路。
本实用新型提供的太阳能电池模拟器，较现有技术具有以下优势：
1、本实用新型可以模拟不同光照和温度下I-V曲线，快速存取9组数据(电压、电流、功率)，MPPT工作点实时显示与上位机软件上；
2、具有过压、过流、过温、短路保护功能；
3、电压、电流、时间设定，数字式按键输入，精度高。
附图说明
下面结合附图和具体实施例进一步对本实用新型进行详细说明。
图1是本实用新型优选具体实施例电路框图。
具体实施方式
首先，说明本实用新型的基础：
本实用新型主要由三部分构成：第一部分为交流-直流-交流逆变电路，此电路主要由整流桥和IGBT构成，控制直流/交流(DC/AC)部分电路开关管的占空比(D)，就可以达到满足要求的电压范围。第二部分为高频变压器进行电压转换，同时和对系统之间的电气连接进行隔离。第三部分是进行交流/直流(AC/DC)变换的整流电路，最后既可以得到满足太阳能电池输出特征的电压和电流。
上述技术方案中市电经过扼流线圈与电容滤除高频杂波和干扰信号后，通过继电器再进入整流桥。避免机器关闭后感应电流进入系统电路。
上述技术方案中在二极管直流侧接电感电容(LC)滤波电路，可以提高电路输入功率因数降低谐波电流 。
上述技术方案中微处理器控制电路采用的是型号为TMS320F28035的数字信号处理芯片(DSP)与型号为STM32F103VCT6的单片机。TMS320F28035特点是，高效的32位(32-bit)处理器CPU，可编程控制定律加速器，三个32-bit CPU定时器，独立的定时器16-bit ePWM模块，先进的仿真功能，设备和系统成本低，还增强控制外设(增强型脉宽调制器(ePWM)、高分辨率PWM、增强型捕捉(eCAP)、增强的正交编码脉冲、模拟-数字转换、温度传感器)。
第二，结合本实用新型的工作原理进行详细说明：
该太阳能电池模拟器的输出过程如下：先检测负载的输出电压，将此输出电压作为参考，在预先确定好的一条太阳能电池特性曲线上找到参考电压对应的电流，在将此电流与负载电流比较，根据比较的结果来改变占空比D的调节方向。通过占空比D的调节，使DC/AC交换电路中的电压自动调节大小，直到达到负载输出要求。
第三，结合本实用新型优选具体实施例进一步具体说明：
参见附图一所示，太阳能电池模拟器，由第一交流-直流转换模块1、IGBT 2及其驱动电路12、高频变压器3、第二交流-直流转换模块4、输出串并联转换模块5、第一滤波电路13、电流互感器8、模/数(A/D)采集电路9、控制单元10、正弦脉宽调制电路11构成。其中控制单元10的输出连接正弦脉宽调制电路11，正弦脉宽调制电路11的输出经驱动电路12驱动IGBT 2，IGBT 2的输出经过高频变压器3升压，然后经过第二交流-直流转换模块4整流形成DC直流，DC直流通过输出串并联模块5后，接第一滤波电路13输出至光伏逆变器7，所述传感电路有设置于负载回路中的电流互感器8及与互感器连接的A/D采集电路9构成，A/D采集电路9的输出连接至控制单元10的输入接口。电路中第一交流-直流转换模块1为整流桥，第二交流-直流转换模块4为二极管整流。
本实用新型中太阳能电池模拟器工作时，第二交流-直流转换模块4的DC输出，经输出串并联转换模块5、第二滤波电路6后，送入电流互感器8和A\D采集电路9将模拟信号转为数字信号传递给控制单元10，由控制单元10将信号处理为比对键盘输入的设定值。
本实用新型太阳能电池模拟器输入为三相380V输入，为IGBT 2提供DC直流输入，第一交流-直流转换模块1为三相桥式整流器。另外本实用新型输出接光伏逆变器7，输出电压较高(1000V左右)，第二交流-直流转换模块4为单相全波整流电路。
本实用新型太阳能电池模拟器在高频整流输出后的第一滤波电路13中，采用由电感线圈和输出滤波电容构成的“L”型滤波器，又称为电感输入式滤波器。电感线圈对高频成分呈现很高的感抗，而电容 对高频成分呈现很小的容抗，从而达到在电路中抑制纹波和平滑直流的作用。
本实用新型太阳能电池模拟器中，第一滤波电路13和第二滤波电路6中，用多个450V、470uf的电容串并联代替大容值电容。其使电容的等效电阻ESR降低，且大电容的高频性能差，通常电容越大，其谐振频率越低。一旦超过谐振频率，电容将表现成为一个电感，完全起不到滤波的作用，用小电容并联，由于每个小电容的谐振频率都很高，就没有大电容存在的问题。
最后，在本领域普通技术人员理解范围内，在本实用新型权利要求范围内，各种变化都属于本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种太阳能电池模拟器，其特征在于，包括依次电连接的第一交流-直流转换模块(1)、IGBT(2)、高频变压器(3)、第二交流-直流转换模块(4)、输出串并联转换模块(5)、第二滤波电路(6)和光伏逆变器(7)；第二滤波电路(6)还输出电连接电流互感器(8)、A\D采集电路(9)、控制单元(10)、PWM(11)、驱动电路(12)和IGBT(2)的控制端。
2.根据权利要求1所述太阳能电池模拟器，其特征在于，还包括位于第一交流-直流转换模块(1)与IGBT(2)之间的第一滤波电路
(13)。
3.根据权利要求2所述太阳能电池模拟器，其特征在于，第一滤波电路(13)和第二滤波电路(6)中都包括多个串并联的电容。
4.根据权利要求1所述太阳能电池模拟器，其特征在于，第一交流-直流转换模块(1)是整流桥。
5.根据权利要求4所述太阳能电池模拟器，其特征在于，第一交流-直流转换模块(1)是三相桥式整流器。
6.根据权利要求1所述太阳能电池模拟器，其特征在于，第二交流-直流转换模块(4)是二极管整流。
7.根据权利要求1所述太阳能电池模拟器，其特征在于，第二交流-直流转换模块(4)是单相全波整流电路。
8.根据权利要求1所述太阳能电池模拟器，其特征在于，第二滤波电路(6)由电感线圈和输出滤波电容构成。
9.根据权利要求1所述太阳能电池模拟器，其特征在于，所述光伏逆变器(7)电连接负载。
10.根据权利要求1-9任一项所述太阳能电池模拟器，其特征在于，PWM(11)是正弦脉宽调制电路。
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