CN205092783U - 一种具有自学习功能的太阳能电池阵列模拟器 - Google Patents
一种具有自学习功能的太阳能电池阵列模拟器 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种具有自学习功能的太阳能电池阵列模拟器，包括太阳能电池输出特性检测模块，用于采集太阳能电池的输出电压和电流的值，以及对应的环境参数，并将采集到的太阳能电池的参数通过CAN总线通信传递给上位机；上位机，用于监测显示当前模拟器输出电压和电流值，存储太阳能电池测试模块传输的数据，根据用户的要求设定输出的电压和电流，设定模拟器模拟的输出特性曲线，并实时跟踪模拟器负载的变化；本实用新型能够使系统在电压发生改变的时候迅速稳定且便于控制。本实用新型能够采集任意型号的太阳能电池输出特性，并依据所设置的温度和光照强度进行模拟其输出特性。
Description
技术领域
本实用新型涉及太阳能电池领域，具体涉及一种具有自学习功能的太阳能电池阵列模拟器。
背景技术
我国太阳能资源丰富，分布广泛，是最具发展潜力的可再生资源，随着全球能源短缺和环境污染等问题日益突出，太阳能光伏发电因其清洁，安全，便利，高效等特点，已成为世界各国普遍关注和重点发展的新兴产业。2012年1月全国能源会议在京召开，会议提出大力发展新能源和可再生能源的，积极发展水电，协调发展风电，大力发展分布式光伏发电。全国光伏发电装机量达到1000万千瓦。二月，国务院召开常务会议，研究确定了促进光伏产业健康发展的政策措施。在“十二五”规划要求清洁能源占到总量的15％。到2015年我国光伏发电装机容量规模达到10GW，每年新增光伏装机总量将达2GW。在2013年2月国务院下发《关于完善太阳能光伏发电上网电价政策的通知》，根据各地太阳能源条件和建设成本，将全国分为三类资源区，分别执行不同的电价标准。由国家政策的推动，我国的光伏市场正在逐渐的完善。
由于我国人口众多，对于资源的不合理利用，造成当期对于能源需求的增加，光伏发电作为一种清洁可再生的能源，受到人们越来越多的关注。当前由于我国对于光伏发电研究起步比较晚，很多光伏发电的关键技术依赖进口来满足内需。
对于光伏发电中最重要的组成部分太阳能电池(光伏组件)，没有充分的认识。不了解太阳能电池的输出特性。这就需要能够测试太阳能电池的输出特性。了解太阳能电池在任意条件下的输出特性。通过对输出特性分析，能够了解某一地区太阳能电池的输出功率，以及对于设计光伏发电系统有一定的数据支持。太阳能电池的输出特性主要包括：输出电压、电流及对应的环境参数。输出电压、电流能够反映当前太阳能电池的工作特性；环境参数能够反映太阳能电池的工作条件。
太阳能电池阵列模拟器的功能就是为被测试对象提供一个可复现真实太阳能电池特性的非线性电源，该电源在工作中可根据负载的变化调整其输出，并使其工作点维持在对应的I-V特性曲线上。太阳能电池阵列模拟器可以分为模拟式和数字式。由于模拟式自身存在的局限性，已经不被研究人员采用；数字式能够较为准确的模拟太阳能电池阵列的输出特性，正受到研究人员的关注。数字式太阳能电池阵列模拟器是以太阳能电池工程数学函数模型为基础，电力电子技术与控制技术结合设计的。其可以在实验室复现不同功率太阳能电池在不同日照强度和温度下的特性。在国内合肥工业大学较早进行模拟器的设计研究，对太阳能电池阵列的工程计算模型进行系统分析，采用变压器的单端正激型变换器加上位机控制完成的仿真电源，能够很好的仿真太阳能发电系统，能够在上位机上显示仿真的曲线和仿真的实际情况。浙江大学在硬件上使用全桥拓扑，控制算法采用逐点差值比较法，也实现了对太阳能电池阵列输出特性的较好的模拟。从国内外的研究成果可以看出，功率电路基本上都是基于DC/DC拓扑结构，通过控制芯片控制功率部分主电路的输出，使用的算法根据自身的特点各有不同，基本上都实现了对特性曲线的模拟仿真。
太阳能电池模拟器主要分为三个部分：太阳能电池的数学模型、功率电路的设计、工作点跟踪算法的设计。
太阳能电池数学模型：分析太阳能电池的输出特性，结合太阳能电池的等效电路，建立太阳能电池的数学模型，通过对数学模型的分析和推导，建立了在工程上计算用的太阳能电池数学模型，根据厂家提供的太阳能电池阵列的开路电压Voc，短路电流Ioc，最大功率点Pm以及最大功率点的电压Vm和Im，能够计算并确定在标准情况下的太阳能电池的数学模型表达式；根据在环境参数变化时对应的电压和电流的变化量，能够得出非标准情况下的数学表达式。
功率电路的设计：输入电源为市电，通过整流电路输入到功率电路中，控制模块采集输出的电压和电流，通过一定的算法调节功率电路的输出，使功率电路的输出和数学模型计算的数值一致。
工作点跟踪是由于太阳能电池输出特性曲线的特殊性决定的。太阳能电池的输出随着负载的变化而变化，也就是说在整个过程中，需要对模拟器的负载进行监测，一旦负载变化，要求模拟器能够迅速地逼近工作点。
当前，模拟太阳能电池输出特性曲线主要有两种方法：1、预先存储某一条件下太阳能电池板的输出数据，通过查表或者拟合进行输出特性的模拟，这种方法要求单片必须具备一定的存储空间，模拟数据有限；2、建立太阳能电池的数学表达式，通用的方法都是采用AM1.5，1000w/m2，25℃条件下测得的太阳能电池阵列的开路电压，短路电流，最大功率点处的电压和电流，通过一定的数学表达式建立太阳能电池模型，并推导出非标准情况下的数学表达式，这种方法虽然能够较为准确模拟输出特性曲线，但是对于单片机对数学表达式的计算能力有一定的要求。
实用新型内容
为解决上述问题，本实用新型提供了一种具有自学习功能的太阳能电池阵列模拟器，能够采集任意型号的太阳能电池输出特性，并依据所设置的温度和光照强度进行模拟其输出特性；解决了太阳能电池模拟器单一性的问题，除了能够模拟太阳能电池的输出特性，还能够模拟相似于太阳能电池的输出特性。
为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：
一种具有自学习功能的太阳能电池阵列模拟器，包括
太阳能电池输出特性检测模块，用于采集太阳能电池的输出电压和电流的值，以及对应的环境参数，并将采集到的太阳能电池的参数通过CAN总线通信传递给上位机；在测试的时候，可以人为提供一些环境(例如阴影)，采集太阳能电池的输出特性。
上位机，用于监测显示当前模拟器输出电压和电流值，存储太阳能电池测试模块传输的数据，根据用户的要求设定输出的电压和电流，设定模拟器模拟的输出特性曲线，并实时跟踪模拟器负载的变化；
上位机通过PWM控制模块连接有BUCK电路、整流电路，BUCK电路引入一个低端功率管Q2，能够在功率管Q1处于关断时，使电感产生感应电流反方向流动，确保BUCK电路始终工作在连续状态模式(CCM)下，反馈环节采用电压外环电流内环的PI调节方式，能够使系统在电压发生改变的时候迅速稳定且便于控制。
作为优选，所述太阳能电池输出特性检测模块包括电压采集传感器、电流采集传感器、辐照度采集模块和温度采集模块。采用动态电容方法进行采集，实现整个采集的自动化，减少人为误差。
本实用新型具有以下有益效果：
能够采集任意型号的太阳能电池输出特性，并依据所设置的温度和光照强度进行模拟其输出特性；解决了太阳能电池模拟器单一性的问题，除了能够模拟太阳能电池的输出特性，还能够模拟相似于太阳能电池的输出特性。
附图说明
图1为本实用新型实施例一种具有自学习功能的太阳能电池阵列模拟器的结构示意图。
图2为本实用新型实施例一种具有自学习功能的太阳能电池阵列模拟器的工作流程示意图。
图3为本实用新型实施例一种具有自学习功能的太阳能电池阵列模拟器功率电路图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图1-3所示，本实用新型实施例提供了一种具有自学习功能的太阳能电池阵列模拟器，包括
太阳能电池输出特性检测模块，用于采集太阳能电池的输出电压和电流的值，以及对应的环境参数，并将采集到的太阳能电池的参数通过CAN总线通信传递给上位机；在测试的时候，可以人为提供一些环境(例如阴影)，采集太阳能电池的输出特性。
上位机，用于监测显示当前模拟器输出电压和电流值，存储太阳能电池测试模块传输的数据，根据用户的要求设定输出的电压和电流，设定模拟器模拟的输出特性曲线，并实时跟踪模拟器负载的变化；
上位机通过PWM控制模块连接有BUCK电路、整流电路，BUCK电路引入一个低端功率管Q2，能够在功率管Q1处于关断时，使电感产生感应电流反方向流动，确保BUCK电路始终工作在连续状态模式(CCM)下，反馈环节采用电压外环电流内环的PI调节方式，能够使系统在电压发生改变的时候迅速稳定且便于控制。
所述太阳能电池输出特性检测模块包括电压采集传感器、电流采集传感器、辐照度采集模块和温度采集模块。采用动态电容方法进行采集，实现整个采集的自动化，减少人为误差。
本具体实施能够采集任意型号的太阳能电池输出特性，并依据所设置的温度和光照强度进行模拟其输出特性；解决了太阳能电池模拟器单一性的问题，除了能够模拟太阳能电池的输出特性，还能够模拟相似于太阳能电池的输出特性。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (1)
1.一种具有自学习功能的太阳能电池阵列模拟器，其特征在于，包括
太阳能电池输出特性检测模块，用于采集太阳能电池的输出电压和电流的值，以及对应的环境参数，并将采集到的太阳能电池的参数通过CAN总线通信传递给上位机；
上位机，用于监测显示当前模拟器输出电压和电流值，存储太阳能电池测试模块传输的数据，根据用户的要求设定输出的电压和电流，设定模拟器模拟的输出特性曲线，并实时跟踪模拟器负载的变化；
所述上位机通过PWM控制模块连接有BUCK电路、整流电路，BUCK电路引入一个低端功率管Q2；所述太阳能电池输出特性检测模块包括电压采集传感器、电流采集传感器、辐照度采集模块和温度采集模块。
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN108111123A (zh) * | 2017-12-11 | 2018-06-01 | 上海数明半导体有限公司 | 太阳能光伏电池模拟器 |
| CN109818572A (zh) * | 2019-03-21 | 2019-05-28 | 国网江苏省电力有限公司宿迁供电分公司 | 一种太阳能电池模拟装置及其老化测试方法 |
| CN113467286A (zh) * | 2021-05-24 | 2021-10-01 | 中国电子科技集团公司第四十一研究所 | 一种基于fpga的i-v曲线生成电路及方法 |
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