RU2625624C1 - Solar battery test box - Google Patents

Solar battery test box Download PDF

Info

Publication number
RU2625624C1
RU2625624C1 RU2016129594A RU2016129594A RU2625624C1 RU 2625624 C1 RU2625624 C1 RU 2625624C1 RU 2016129594 A RU2016129594 A RU 2016129594A RU 2016129594 A RU2016129594 A RU 2016129594A RU 2625624 C1 RU2625624 C1 RU 2625624C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
simulator
amplifier
attached
outlet
Prior art date
Application number
RU2016129594A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Енис Аврумович Мизрах
Степан Борисович Ткачев
Даниил Николаевич Пойманов
Роман Владимирович Балакирев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГУ им. М.Ф. Решетнева)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГУ им. М.Ф. Решетнева) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГУ им. М.Ф. Решетнева)
Priority to RU2016129594A priority Critical patent/RU2625624C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2625624C1 publication Critical patent/RU2625624C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B17/00—Systems involving the use of models or simulators of said systems
    • G05B17/02—Systems involving the use of models or simulators of said systems electric

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: solar battery test box comprises a supply equipment (1) in the positive rail of which impulse regulating element (IRE) (2) is incorporated, to the driving point of which the connected in series pulse-length modulator (3) and first adder amplifier (4) are attached. The continuous regulating element (CRE) (10) is attached to the IRE (2) power lead by virtue of one outlet, the other power lead of which is attached to the simulator device general accessible terminal via the second current meter CM2. The diode unit (5) is attached to the IRE (2) output pin through the plus outlet, and to the simulator device positive output pin (20) through the minus outlet. The function generator (FG) (6) is attached to the simulator device, to the first adder amplifier (4) one summing inlet via output pin through the UGR (7) and to the second adder amplifier (8) countdown inlet via output pin. The second adder amplifier outlet is attached to the CRE (10) control inlet through the power amplifier (9). The first current meter (15) is attached to the general outlet through one power lead, to the simulator device negative output pin (21) through the other power lead, and the data pin is attached to the first summing inlet of the second adder amplifier. The microcontrol unit is attached to the FG (6) control inlet through the first control outlet, and to the scaler (16) control inlet through the second control outlet. The scaler (16) is attached to the capacitor (18) and resistor (19) tapping point through the one outlet, to the second summing inlet of the second adder amplifier (8) through the other outlet. The capacitor (18) is attached to the simulator device positive output pin (20) through the one outlet, and to the simulator device negative output pin (21) through the other outlet via the resistor. The third current meter (14) is attached to the supply equipment (1) negative rail through the one power lead, to the general outlet of the simulator device scheme through the other power lead, and to the countdown inlet of the first adder amplifier (4) through the data pin. The bias supply (13) is attached to the other summing inlet of the first adder amplifier via the switching arrangement (12) the control inlet of which is linked to the data pin of the second current meter (11).
EFFECT: simulator device is functional when CRE exiting the running regime, and as well has a chance to regulate the outlet capacity within the limits of 500 nF - 1000 nF.
2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам имитации основных технических характеристик солнечных батарей, и может быть использовано при проведении автономных и комплексных испытаний систем электропитания космических аппаратов.The invention relates to electrical engineering, and in particular to devices simulating the main technical characteristics of solar cells, and can be used when conducting autonomous and complex tests of power systems for spacecraft.

К имитаторам солнечных батарей предъявляются требования по точности воспроизведения статических, динамических характеристик и к эксплуатационным свойствам. К статическим характеристикам относят: формы вольт-амперных характеристик, диапазоны регулирования токов короткого замыкания и напряжения холостого хода. К динамическим характеристикам относят: полную внутреннюю проводимость (адмитанс), эквивалентную емкость солнечной батареи и диапазон ее регулирования. К эксплуатационным свойствам относят: массо-габаритные характеристики, автоматизацию регулирования характеристик, показатель энергетической эффективности по ГОСТ Р 51387-99, возможность длительной эксплуатации - десятки суток.The simulators of solar panels are required to reproduce the static, dynamic characteristics and operational properties. Static characteristics include: forms of current-voltage characteristics, ranges of regulation of short-circuit currents and open circuit voltage. The dynamic characteristics include: total internal conductivity (admittance), the equivalent capacity of the solar battery and the range of its regulation. The operational properties include: mass-dimensional characteristics, automation of regulation of characteristics, energy efficiency indicator in accordance with GOST R 51387-99, the possibility of long-term operation - tens of days.

Известен электрический имитатор солнечной батареи [RU 144248, H01L 31/00], содержащий источник постоянного напряжения в виде выпрямителя с фильтром и конвертора со стабильным выходным напряжением, источник постоянного тока в виде стабилизатора тока короткого замыкания имитатора, модуль вольтодобавки в виде конвертора со стабильным добавочным напряжением, включенный между источником постоянного напряжения и источником постоянного тока, блок резисторов, включенный на выходе источника постоянного тока и содержащий последовательный управляемый резистор Rп и шунтовый управляемый резистор Rш, а также нелинейный элемент, образованный параллельно-последовательно включенными диодами и соединенный с блоком резисторов, через отсекающий диод. Стабилизатор тока в указанном имитаторе выполнен с двумя контурами управления, образованными двумя ключами, первый ключ - входом, а второй - выходом, соединены с катодом диода, анод которого подключен к выходу источника постоянного напряжения и общей выходной шине модуля вольтодобавки, а также дросселем и возвратным диодом, катод которого соединен с выходом первого ключа, а через дроссель - с точкой соединения входа блока резисторов и анода отсекающего диода, при этом анод возвратного диода соединен с общей шиной нагрузки и источника постоянного напряжения, нелинейный элемент подключен своим входом к катоду отсекающего диода, а также, через развязывающий диод и реверсивный преобразователь параллельно выходу модуля вольтодобавки, соединенного положительным полюсом со входом второго ключа стабилизатора тока, кроме того, для подключения к нагрузке введены разделительный диод и выходной коммутатор.Known electrical simulator of a solar battery [RU 144248, H01L 31/00], containing a constant voltage source in the form of a rectifier with a filter and a converter with a stable output voltage, a constant current source in the form of a short-circuit current stabilizer simulator, a voltage boost module in the form of a converter with a stable additional voltage connected between a constant voltage source and a direct current source, a resistor block connected at the output of a direct current source and containing a series of controlled resistor Rp and controllable shunt resistor Rsh and a nonlinear element formed by parallel-series-connected diodes and resistors connected to the block via clipping diode. The current stabilizer in the specified simulator is made with two control loops formed by two keys, the first key is an input, and the second is an output, connected to the cathode of the diode, the anode of which is connected to the output of the DC voltage source and the common output bus of the boost module, as well as a choke and a return a diode, the cathode of which is connected to the output of the first key, and through the inductor to the point of connection of the input of the resistor block and the anode of the cut-off diode, while the anode of the return diode is connected to a common load bus and a constant source voltage, the nonlinear element is connected by its input to the cathode of the cut-off diode, and also, through the decoupling diode and the reversing converter, parallel to the output of the boost module connected by the positive pole to the input of the second key of the current stabilizer, in addition, a diode and an output switch are introduced to connect to the load .

Для обеспечения непрерывности электропитания нагрузки и, тем самым, повышения надежности указанный имитатор солнечной батареи выполнен в виде двух идентичных модулей: основного и резервного, имеющих одинаковые уставки выходных параметров и включенных по схеме горячего резервирования с помощью ключей, шунтирующих выходы указанных модулей по сигналам устройства мониторинга параметров имитатора.To ensure the continuity of the power supply of the load and, thereby, increase the reliability, the indicated simulator of the solar battery is made in the form of two identical modules: the main and reserve, having the same settings of the output parameters and switched on by the hot standby circuit using keys shunting the outputs of these modules according to the signals of the monitoring device simulator parameters.

Недостатками аналога являются: сложность электрической схемы, обусловленная применением модуля вольтодобавки, двух контуров импульсного управления в стабилизаторе тока, реверсивного преобразователя; использование в источниках питания и в преобразователях импульсных законов управления требует для получения постоянных напряжений и токов индуктивных и индуктивно-емкостных фильтров, что приводит к сужению полосы пропускания, относительно низкому быстродействию и большой погрешности воспроизведения адмитанса солнечной батареи с относительно малой эквивалентной емкостью (несколько сотен нФ); обеспечение горячего резервирования приводит к увеличению стоимости имитатора, ухудшению массо-габаритных характеристик, потерям электроэнергии при работе резервного модуля в режиме короткого замыкания (КЗ).The disadvantages of the analogue are: the complexity of the electrical circuit due to the use of a voltage boost module, two pulse control circuits in a current stabilizer, and a reversing converter; the use of pulse control laws in power supplies and in converters requires inductive and inductive-capacitive filters to obtain constant voltages and currents, which leads to a narrowing of the passband, a relatively low speed and a large error in reproducing the admittance of a solar battery with a relatively small equivalent capacitance (several hundred nF ); providing hot backup leads to an increase in the cost of the simulator, the deterioration of the mass-dimensional characteristics, energy losses during the operation of the backup module in the short circuit mode (short circuit).

Известен электрический имитатор солнечной батареи [патент US 3435328, G05F 1/60, Н02Р 13/16, G01R 1/60], содержащий непрерывный регулирующий элемент на основе шунтового (параллельного) регулятора, устройство управления, устройство обратной связи по напряжению нагрузки и устройство функциональной обратной связи по току нагрузки.Known electrical simulator of a solar battery [US patent 3435328, G05F 1/60, H02P 13/16, G01R 1/60] containing a continuous control element based on a shunt (parallel) controller, a control device, a feedback device for the load voltage and the functional device feedback on the load current.

Недостатками такого имитатора являются: относительно небольшая мощность, рассеиваемая НРЭ (порядка 1 кВт) при воспроизведении ВАХ от холостого хода до короткого замыкания, что требует для воспроизведения характеристик мощных солнечных батарей последовательно-параллельного соединения НРЭ, приводящего к ухудшению динамических характеристик из-за индуктивностей соединительных проводов, сопротивлений проводов и контактных соединений; низкий показатель энергетической эффективности вследствие потерь в НРЭ и, как следствие, большие тепловыделения, масса и габариты; отсутствие возможности регулирования эквивалентной выходной емкости имитатора.The disadvantages of this simulator are: the relatively small power dissipated by the NRE (of the order of 1 kW) when reproducing the I – V characteristic from idle to short circuit, which requires the reproduction of the characteristics of powerful solar cells in series-parallel connection of the NRE, leading to a deterioration in the dynamic characteristics due to the inductances of the connecting wires, wire resistances and contact connections; low indicator of energy efficiency due to losses in the NRE and, as a result, large heat dissipation, mass and dimensions; the inability to control the equivalent output capacity of the simulator.

Известен электрический имитатор солнечной батареи [Development of a fully Automated PV Array Simulator of 100 kW. H. Haeberlin, L. Borgna, D. Gfeller, P. Schaerf and U. Zwahlen. 23rd Evropean Photovoltaic Solar Energy Conference. Valencia. Spain. Sept. 2008], который содержит управляемый источник напряжения постоянного тока, последовательный непрерывный регулирующий элемент и систему управления. Недостатки этого устройства такие же, как у предыдущего аналога, и кроме того, в данном имитаторе ограничен диапазон воспроизведения ВАХ на токовой ветви, т.к. мощность рассеивания последовательного НРЭ становится недопустимо большой.A well-known electrical solar cell simulator [Development of a fully Automated PV Array Simulator of 100 kW. H. Haeberlin, L. Borgna, D. Gfeller, P. Schaerf and U. Zwahlen. 23 rd Evropean Photovoltaic Solar Energy Conference. Valencia. Spain Sept. 2008], which contains a controllable DC voltage source, a continuous continuous control element and a control system. The disadvantages of this device are the same as the previous analogue, and in addition, in this simulator, the playback range of the I – V characteristics on the current branch is limited, because the power dissipation of the serial NRE becomes unacceptably large.

За прототип принято устройство, описанное в статье «Повышение качества имитаторов солнечных батарей с двухкаскадным регулирующим элементом», авторы Ткачев С.Б., Мизрах Е.А. [Вестник СибГАУ, Вып. 1, 2011, С. 70-75]. Устройство содержит источник питания, в положительную шину которого включен импульсный регулирующий элемент, к управляющему входу которого подключены последовательно соединенные широтно-импульсный модулятор и первый усилитель-сумматор, к силовому выводу ИРЭ подключен одним выводом непрерывный регулирующий элемент (НРЭ), другой силовой вывод которого через второй измеритель тока подключен к общему выводу схемы имитатора, к положительному выходному выводу имитатора подключен функциональный преобразователь (ФП), выходным выводом подключенный к вычитающему входу второго усилителя сумматора, выход которого через усилитель мощности подключен ко входу управления НРЭ; первый измеритель тока одним силовым выводом подключен к общему выводу, другим силовым выводом подключен к отрицательному выходному выводу имитатора, а информационный вывод первого измерителя тока подключен к суммирующему входу второго усилителя-сумматора; микроконтроллер, первым выводом управления присоединенный ко входу управления ФП; конденсатор, одним выводом присоединенный к положительному выходному выводу имитатора, а другим выводом через резистор, присоединенный к отрицательному выходному выводу имитатора; устройство гальванической развязки.The device described in the article “Improving the quality of solar cell simulators with a two-stage regulating element”, authors Tkachev SB, Mizrakh EA [Bulletin of SibSAU, Vol. 1, 2011, S. 70-75]. The device contains a power source, in the positive bus of which a pulse regulating element is included, to the control input of which a pulse-width modulator and a first amplifier-adder are connected in series, a continuous regulating element (NRE) is connected to the power output of the IRE, the other power output of which the second current meter is connected to the general output of the simulator circuit, a functional converter (FP) is connected to the positive output terminal of the simulator, the output terminal is connected to the subtracting input of the second amplifier of the adder, the output of which is connected through the power amplifier to the control input of the NRE; the first current meter is connected to the common terminal by one power terminal, connected to the negative output terminal of the simulator by the other power terminal, and the information terminal of the first current meter is connected to the summing input of the second amplifier-adder; a microcontroller, the first control terminal connected to the control input of the FP; a capacitor connected to the positive output terminal of the simulator with one output and another output through a resistor connected to the negative output of the simulator; galvanic isolation device.

Недостатком прототипа является то, что при прерывании (размыкании) тока через НРЭ вследствие отказа НРЭ или выхода из строя усилителя мощности, усилителя-сумматора, ИРЭ под действием источника опорного напряжения будет увеличивать ток через нагрузку до максимально возможной величины путем увеличения своего выходного напряжения, что может привести к аварийной ситуации; а при работе в области токов короткого замыкания напряжение на НРЭ становится меньше требуемого для работы НРЭ в режиме регулятора тока, что приводит к нарушению управления НРЭ. Кроме того, невозможно регулирование выходной емкости имитатора при воспроизведении характеристик солнечных батарей различных типов.The disadvantage of the prototype is that when the interruption (opening) of the current through the overvoltage due to a failure in the overvoltage or failure of the power amplifier, amplifier-adder, IRE under the influence of the reference voltage source will increase the current through the load to the maximum possible value by increasing its output voltage, which may lead to an emergency; and when working in the field of short-circuit currents, the voltage on the NRE becomes less than that required for the operation of the NRE in the current regulator mode, which leads to a violation of the control of the NRE. In addition, it is impossible to control the output capacity of the simulator when reproducing the characteristics of various types of solar cells.

Задачей, на решение которой направлен созданный имитатор, является сохранение работоспособности (повышение живучести) имитатора при выходе НРЭ из рабочего режима и регулирование выходной емкости имитатора в требуемом диапазоне.The task to which the created simulator is aimed is to maintain the operability (increase survivability) of the simulator when the NRE leaves the operating mode and to regulate the output capacity of the simulator in the required range.

Поставленная задача решена тем, что в известный имитатор солнечной батареи, содержащий источник питания, в положительную шину которого включен импульсный регулирующий элемент (ИРЭ), к управляющему входу которого подключены последовательно соединенные широтно-импульсный модулятор и первый усилитель-сумматор, к силовому выводу ИРЭ подключен одним выводом НРЭ, другой силовой вывод которого через второй измеритель тока подключен к общему выводу схемы имитатора, к положительному выходному выводу имитатора подключен функциональный преобразователь, выходным выводом подключенный к вычитающему входу второго усилителя-сумматора, выход которого через усилитель мощности подключен ко входу управления НРЭ, первый измеритель тока одним силовым выводом подключен к общему выводу, другим силовым выводом подключен к отрицательному выходному выводу имитатора, а информационный вывод первого измерителя тока подключен к первому суммирующему входу второго усилителя-сумматора; микроконтроллер, первым выводом управления присоединенный ко входу управления ФП; конденсатор, одним выводом присоединенный к положительному выходному выводу имитатора, а другим выводом через резистор, присоединенный к отрицательному выходному выводу имитатора; устройство гальванической развязки, согласно техническому решению дополнительно введены третий измеритель тока, источник напряжения смещения, устройство коммутации, диодный блок, масштабирующее устройство, причем третий измеритель тока подключен одним силовым выводом к минусовой шине источника питания, другим силовым выводом к общему выводу схемы имитатора, а информационным выводом к вычитающему входу первого усилителя-сумматора, к одному суммирующему входу которого подключен источник напряжения смещения через устройство коммутации, вход управления которого соединен с информационным выводом второго измерителя тока; устройство гальванической развязки одним выводом присоединено к выходному выводу ФП, а другим выводом присоединено к другому суммирующему входу первого усилителя-сумматора; диодный блок плюсовым выводом присоединен к выходному выводу ИРЭ, а минусовым выводом присоединен к положительному выходному выводу имитатора, масштабирующее устройство одним выводом присоединено к узлу соединения конденсатора и резистора, другим выводом соединено со вторым суммирующим входом второго усилителя-сумматора, а ко входу управления масштабирующего устройства подключен второй управляющий вывод микроконтроллера.The problem is solved in that in a known simulator of a solar battery containing a power source, in the positive bus of which is included a pulse control element (IRE), to the control input of which are connected in series a pulse-width modulator and a first amplifier-adder, to the power terminal of the IRE is connected one output of the NRE, the other power output of which through the second current meter is connected to the general output of the simulator circuit, a functional converter is connected to the positive output terminal of the simulator An indicator connected to the subtracting input of the second amplifier-adder, the output of which through the power amplifier is connected to the NRE control input, the first current meter is connected to the common output by one power output, connected to the negative output of the simulator by the other power output, and the information output of the first meter current is connected to the first summing input of the second amplifier-adder; a microcontroller, the first control terminal connected to the control input of the FP; a capacitor connected to the positive output terminal of the simulator with one output and another output through a resistor connected to the negative output of the simulator; galvanic isolation device, according to the technical solution, a third current meter, a bias voltage source, a switching device, a diode unit, a scaling device are additionally introduced, and the third current meter is connected by one power terminal to the negative bus of the power source, another power terminal to the common terminal of the simulator circuit, and information output to the subtracting input of the first amplifier-adder, to one summing input of which a bias voltage source is connected via a switching device II, the control input of which is connected to the information output of the second current meter; the galvanic isolation device is connected by one output to the output terminal of the FP, and the other output is connected to another summing input of the first amplifier-adder; the diode block is connected to the positive output of the IRE by the positive output and the negative output connected to the positive output of the simulator, the scaling device is connected to the connection node of the capacitor and resistor by one output, the other output is connected to the second summing input of the second amplifier-adder, and to the control input of the scaling device the second control pin of the microcontroller is connected.

Техническим результатом имитатора, проявляемым благодаря предложенной электронной схеме, является сохранение работоспособности при выходе НРЭ из рабочего режима и возможность регулирования выходной емкости в требуемом диапазоне.The technical result of the simulator, manifested due to the proposed electronic circuit, is to maintain operability when the NRE leaves the operating mode and the ability to control the output capacitance in the required range.

Принцип работы электрического имитатора объясняется с помощью чертежей. На фиг. 1 представлена структурная схема имитатора, на фиг. 2 – вольт-амперные характеристики.The principle of operation of the electrical simulator is explained using the drawings. In FIG. 1 is a structural diagram of a simulator; FIG. 2 - current-voltage characteristics.

В состав имитатора солнечной батареи входят: источник питания (ИП) 1, импульсный регулирующий элемент (ИРЭ) 2, широтно-импульсный модулятор (ШИМ) 3, первый усилитель-сумматор (УС1) 4, диодный блок (ДБ) 5, функциональный преобразователь (ФП) 6, устройство гальванической развязки (УГР) 7, второй усилитель-сумматор (УС2) 8, усилитель мощности (УМ) 9, непрерывный регулирующий элемент (НРЭ) 10, второй измеритель тока (ИТ2) 11, устройство коммутации (УК) 12, источник напряжения смещения (ИНС) 13, третий измеритель тока (ИТ3) 14, первый измеритель тока (ИТ1) 15, масштабирующее устройство (МУ) 16, микроконтроллер (МК) 17, конденсатор 18, резистор 19, выводы 20, 21 для подключения нагрузки.The composition of the solar battery simulator includes: a power supply (PI) 1, a pulse regulating element (IRE) 2, a pulse-width modulator (PWM) 3, a first amplifier-adder (US1) 4, a diode block (DB) 5, a functional converter ( FP) 6, galvanic isolation device (UGR) 7, second adder-amplifier (US2) 8, power amplifier (UM) 9, continuous control element (NRE) 10, second current meter (IT2) 11, switching device (UK) 12 , bias voltage source (ANN) 13, third current meter (IT3) 14, first current meter (IT1) 15, scaling its device (MU) 16, microcontroller (MK) 17, capacitor 18, resistor 19, terminals 20, 21 for connecting the load.

В положительную шину источника питания 1 включен импульсный регулирующий элемент 2, к управляющему входу которого подключены последовательно соединенные широтно-импульсный модулятор 3 и первый усилитель-сумматор 4. К силовому выводу ИРЭ 2 подключен одним выводом НРЭ 10, другой силовой вывод которого через второй измеритель тока ИТ2 подключен к общему выводу схемы имитатора. Диодный блок 5 плюсовым выводом присоединен к выходному выводу ИРЭ, а минусовым выводом присоединен к положительному выходному выводу 20 имитатора. К положительному выходному выводу 20 имитатора подключен функциональный преобразователь 6, выходным выводом подключенный через УГР 7 к одному суммирующему входу первого усилителя-сумматора 4 и выходным же выводом подключен к вычитающему входу второго усилителя-сумматора 8, выход которого через усилитель мощности 9 подключен к входу управления НРЭ 10. Первый измеритель тока 15 одним силовым выводом подключен к общему выводу, другим силовым выводом подключен к отрицательному выходному выводу 21 имитатора, а информационный вывод первого измерителя тока 15 подключен к первому суммирующему входу второго усилителя-сумматора. Микроконтроллер первым выводом управления присоединен к входу управления ФП 6, а вторым выводом управления присоединен к входу управления масштабирующего устройства 16. Масштабирующее устройство 16 одним выводом присоединено к узлу соединения конденсатора 18 и резистора 19, другим выводом соединено со вторым суммирующим входом второго усилителя-сумматора 8. Конденсатор 18 одним выводом присоединен к положительному выходному выводу 20 имитатора, а другим выводом через резистор присоединен к отрицательному выходному выводу 21 имитатора. Третий измеритель тока 14 подключен одним силовым выводом к минусовой шине источника питания 1, другим силовым выводом - к общему выводу схемы имитатора, а информационным выводом к вычитающему входу первого усилителя-сумматора 4, к другому суммирующему входу которого подключен источник напряжения смещения 13 через устройство коммутации 12, вход управления которого соединен с информационным выводом второго измерителя тока 11.A positive regulating element 2 is included in the positive bus of the power supply 1, to the control input of which are connected a series-connected pulse-width modulator 3 and the first amplifier-adder 4. To the power terminal of the IRE 2 is connected one output of the NRE 10, the other power terminal of which through a second current meter IT2 is connected to the general output of the simulator circuit. The diode unit 5 with a positive output connected to the output terminal of the IRE, and a negative output connected to the positive output terminal 20 of the simulator. A functional converter 6 is connected to the positive output terminal 20 of the simulator, the output terminal connected via UGR 7 to one summing input of the first amplifier-adder 4 and the output terminal connected to the subtracting input of the second amplifier-adder 8, the output of which through the power amplifier 9 is connected to the control input NRE 10. The first current meter 15 is connected to the common output by one power output, connected to the negative output of the simulator 21 by the other power output, and the information output of the first current of Tell 15 is connected to a first summing input of the second amplifier-adder. The microcontroller with the first control terminal is connected to the control input of FP 6, and the second control terminal is connected to the control input of the scaling device 16. The scaling device 16 is connected to the connection node of the capacitor 18 and the resistor 19, and the other terminal is connected to the second summing input of the second amplifier-adder 8 The capacitor 18 is connected to the positive output terminal 20 of the simulator by one output, and connected to the negative output terminal 21 of the simulator by the other terminal through a resistor. The third current meter 14 is connected by one power output to the negative bus of the power source 1, the other power output to the general output of the simulator circuit, and an information output to the subtracting input of the first amplifier-adder 4, to the other summing input of which the bias voltage source 13 is connected through the switching device 12, the control input of which is connected to the information output of the second current meter 11.

Имитатор солнечной батареи работает следующим образом.The simulator of the solar battery operates as follows.

Структурно имитатор содержит основной и вспомогательный каскадно соединенные источники питания с нелинейными вольт-амперными характеристиками.Structurally, the simulator contains the main and auxiliary cascade-connected power supplies with non-linear current-voltage characteristics.

Основной источник питания воспроизводит требуемые ВАХ (кривая 1, фиг. 2) и адмитанс солнечной батареи и содержит первый измеритель тока 15, усилитель-сумматор 8, усилитель мощности 9 и непрерывный регулирующий элемент 10, которые образуют контур стабилизации тока I, величина которого задается напряжением UФП(UH) с выхода функционального преобразователя 6 в зависимости от напряжения нагрузки UH. ФП 6 представляет собой цифровое устройство, в котором записаны требуемые кривые имитируемой солнечной батареи. Вид кривой и ее параметры: напряжение холостого хода, ток короткого замыкания задаются с помощью микроконтроллера 17.The main power source reproduces the required I – V characteristics (curve 1, Fig. 2) and the admittance of the solar battery and contains a first current meter 15, amplifier-adder 8, power amplifier 9 and continuous control element 10, which form a current stabilization circuit I, the value of which is set by voltage U FP (U H ) from the output of the functional Converter 6 depending on the load voltage U H. FP 6 is a digital device in which the required curves of a simulated solar battery are recorded. The type of curve and its parameters: open circuit voltage, short circuit current are set using the microcontroller 17.

Вспомогательный источник питания содержит импульсный стабилизатор тока, величина тока которого IИС определяется выходным напряжением функционального преобразователя 6 UФП(UН), поступающим через устройство гальванической развязки 7 на один суммирующий вход первого усилителя-сумматора 4.The auxiliary power supply contains a pulsed current regulator, the current value of which I IC is determined by the output voltage of the functional converter 6 U ФП (U Н ), supplied through the galvanic isolation device 7 to one summing input of the first amplifier-adder 4.

Импульсный стабилизатор тока IИС содержит источник питания 1, импульсный регулирующий элемент 2, широтно-импульсный модулятор 3, первый усилитель-сумматор 4 и третий измеритель тока 14. Вольт-амперная характеристика (ВАХ) IИС(UИС) вспомогательного источника питания смещена на величину IНРЭ относительно ВАХ IH(UH) основного источника (кривая 2, фиг. 2) для обеспечения работы НРЭ 10 в активном режиме. Величина тока смещения определяет мощность (кривая 4, фиг. 2), рассеиваемую НРЭ 10, P(UИС)=IНРЭ×UИС. При этом мощность ограничена по величине и практически линейно зависит от напряжения UИC. Нелинейные искажения кривой 4 объясняются тем, что при переходе с ветви тока на ветвь напряжения ВАХ ток IНРЭ не остается постоянным.The pulse current regulator I IC contains a power source 1, a pulse regulating element 2, a pulse-width modulator 3, a first amplifier-adder 4 and a third current meter 14. The current-voltage characteristic (I – V) I of the IC (U IC ) of the auxiliary power source is shifted by the value of I NRE relative to the I – V characteristic I H (U H ) of the main source (curve 2, Fig. 2) to ensure the operation of the NRE 10 in the active mode. The magnitude of the bias current determines the power (curve 4, Fig. 2), dissipated by the NRE 10, P (U IC ) = I NRE × U IC . Moreover, the power is limited in magnitude and almost linearly depends on the voltage U IC . The nonlinear distortions of curve 4 are explained by the fact that during the transition from the current branch to the current – voltage branch of the I – V characteristic, the current I NRE does not remain constant.

Смещение ВАХ обеспечивается с помощью источника напряжения смещения 13, напряжение которого через коммутатор 12 подается на другой суммирующий вход первого усилителя-сумматора 4.The I – V characteristic is biased using a bias voltage source 13, the voltage of which is supplied through the switch 12 to another summing input of the first adder-amplifier 4.

Для обеспечения работоспособности НРЭ 10 в области КЗ нагрузки, в положительную шину ИРЭ 2 между точкой подключения НРЭ 10 и точкой включения в эту же шину ФП 6 включен диодный блок 5, содержащий несколько последовательно соединенных диодов. Количество последовательно соединенных диодов определяется типом и количеством транзисторов НРЭ, величиной тока IНРЭ НРЭ, диапазоном его регулирования и, обычно, не превышает четырех диодов. В режиме КЗ нагрузки падение напряжения на НРЭ 10 будет равно падению напряжения на диодном блоке 5 (кривая 3 на фиг. 2). ВАХ UДБ (I) диодного блока определяется разностью UДБ(I)=UИС(I)-UH(I). Из ВАХ ДБ (кривая 3 на фиг. 2) видно, что напряжение на ДБ5 остается относительно постоянным в широком диапазоне изменения тока и достаточным по величине для работы НРЭ в режиме регулятора тока.To ensure the operability of the NRE 10 in the field of short-circuiting the load, a diode block 5 containing several series-connected diodes is included in the positive bus of the IRE 2 between the connection point of the NRE 10 and the point of connection to the same bus FP 6. The number of diodes connected in series is determined by the type and number of transistors of the NRE, the current value I of the NRE NRE, the range of its regulation, and usually does not exceed four diodes. In the short-circuit mode of the load, the voltage drop at the NRE 10 will be equal to the voltage drop at the diode block 5 (curve 3 in Fig. 2). CVC U DB (I) of the diode block is determined by the difference U DB (I) = U IS (I) -U H (I). It can be seen from the CVC of the DB (curve 3 in Fig. 2) that the voltage at DB5 remains relatively constant over a wide range of current changes and is large enough for the NRE to operate in the current regulator mode.

В штатном режиме работы основной источник питания воспроизводит требуемую ВАХ (кривая 1 на фиг. 2). Вспомогательный источник воспроизводит смещенную ВАХ (кривая 2 на фиг. 2), деформированную за счет добавления ВАХ диодного блока (кривая 3 на фиг. 2).In normal operation, the main power source reproduces the desired I-V characteristic (curve 1 in Fig. 2). The auxiliary source reproduces the biased I – V characteristic (curve 2 in FIG. 2), deformed by the addition of the I – V characteristic of the diode block (curve 3 in FIG. 2).

В случае прерывания тока через НРЭ 10 напряжение на выходе второго измерителя тока 11 становится равным нулю и УК 12 размыкает цепь подачи напряжения смещения на вход УС1 4. При этом вспомогательный источник переходит в режим воспроизведения требуемой ВАХ IH(UH) имитатора солнечной батарей, что позволяет устранить аварийную ситуацию и продолжить испытания.In case of interruption of the current through the NRE 10, the voltage at the output of the second current meter 11 becomes zero and UK 12 opens the bias voltage supply circuit to the input of US1 4. In this case, the auxiliary source switches to the playback mode of the required I – V characteristic I H (U H ) of the solar cell simulator, which allows to eliminate the emergency situation and continue testing.

Для обеспечения требуемой эквивалентной емкости имитатора падение напряжения UK на резисторе RK 19, пропорциональное току через конденсатор 18, подается через масштабирующее устройство 16 на второй суммирующий вход УС2 8.To ensure the required equivalent capacitance of the simulator, the voltage drop U K on the resistor R K 19, proportional to the current through the capacitor 18, is fed through a scaling device 16 to the second summing input US2 8.

Применяя методику, описанную в статье «О синтезе адмитансных частотных характеристик имитатора солнечной батареи», авторы Мизрах Е.А., Сидоров А.С., Балакирев Р.В. [Вестник СибГАУ, вып. 2(9), 2006, С.24-28], рассмотрим составляющую адмитанса имитатора, вносимую ФП 6 и корректирующей цепью RKCK.Applying the methodology described in the article “On the synthesis of admittance frequency characteristics of a solar cell simulator”, the authors Mizrakh EA, Sidorov AS, Balakirev RV [Bulletin of SibSAU, no. 2 (9), 2006, P.24-28], we consider the admittance component of the simulator introduced by FP 6 and the correction circuit R K C K.

Согласно структурной схеме для выходного напряжения второго усилителя-сумматора УС2 можно записатьAccording to the structural diagram for the output voltage of the second amplifier-combiner US2 can be written

Figure 00000001
Figure 00000001

где КУС2 - коэффициент передачи второго усилителя-сумматора 8, UОШ - напряжение ошибки.where K US2 - transfer coefficient of the second amplifier-adder 8, U OS - error voltage.

Для обеспечения требуемой точности имитатора коэффициент передачи в контуре стабилизации тока основного источника питания должен быть достаточно большой. В этом случае величину напряжения ошибки UОШ можно считать пренебрежительно малойTo ensure the required accuracy of the simulator, the transfer coefficient in the current stabilization circuit of the main power source must be large enough. In this case, the magnitude of the error voltage U OS can be considered negligible

Figure 00000002
Figure 00000002

В соответствии со структурной схемой запишем уравнения для токов:In accordance with the structural diagram, we write the equations for currents:

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

В установившемся режиме выполняется равенство IH=I, т.к. ток

Figure 00000005
, вследствие заряда конденсатора.In the steady state, the equality I H = I holds, because current
Figure 00000005
due to the charge of the capacitor.

Функциональный преобразователь 6 задает требуемую ВАХ имитатора в соответствующем масштабе, определяемом коэффициентом передачи КИТ1 первого измерителя тока 15Functional Converter 6 sets the desired I-V characteristic of the simulator in an appropriate scale, determined by the transfer coefficient K IT1 of the first current meter 15

Figure 00000006
Figure 00000006

Линеаризуя это нелинейное уравнение, получим:Linearizing this nonlinear equation, we obtain:

Figure 00000007
Figure 00000007

где IН0 - величина тока нагрузки в точке линеаризации, КФП(s,UH) - передаточная функция ФП.where I Н0 is the magnitude of the load current at the linearization point, K FP (s, U H ) is the transfer function of the FP.

Переходя к приращениям, получим из (3) следующее уравнение ФП:Passing to increments, we obtain from (3) the following FP equation:

Figure 00000008
Figure 00000008

Уравнение ошибки (2), записанное через приращения, имеет видThe error equation (2) written in increments has the form

Figure 00000009
Figure 00000009

Разрешим это уравнение относительно приращений тока и напряжения нагрузкиLet us solve this equation with respect to current and load increments

Figure 00000010
Figure 00000010

Отсюда для составной части адмитанса имитатора, вносимой ФП и цепью коррекции, запишемHence, for the component of the admittance of the simulator introduced by the phase transition and the correction circuit, we write

Figure 00000011
Figure 00000011

Из (5) следует, что изменяя коэффициент КМУ МУ16, можно регулировать емкостную составляющую адмитанса имитатора СБ, т.к. величины КИТ1 и RK постоянны. Требуемая величина коэффициента КМУ МУ16 задается микроконтроллером 17.From (5) it follows that by changing the coefficient K МУ МУ16, it is possible to adjust the capacitive component of the admittance of the SB simulator, since the quantities K IT1 and R K are constant. The required value of the coefficient K MU MU16 is set by the microcontroller 17.

В качестве измерителей тока 11, 14, 15 могут быть использованы бесконтактные датчики тока, основанные на эффекте Холла.As current meters 11, 14, 15, non-contact current sensors based on the Hall effect can be used.

В качестве источника напряжения смещения 13 может быть использован любой прецизионный управляемый стабилизатор напряжения.As a bias voltage source 13, any precision controlled voltage regulator can be used.

Устройство коммутации может быть выполнено в виде транзисторного ключа.The switching device can be made in the form of a transistor switch.

В качестве масштабирующего устройства 16 может использоваться электронный потенциометр.As the scaling device 16, an electronic potentiometer can be used.

Устройство гальванической развязки может быть выполнено в виде операционного усилителя с гальванической развязкой.The galvanic isolation device can be made in the form of an operational amplifier with galvanic isolation.

Заявленный имитатор обладает работоспособностью при выходе НРЭ из рабочего режима, а также имеет возможность регулирования выходной емкости в диапазоне 500 нФ - 1000 нФ.The claimed simulator has operability when the NRE leaves the operating mode, and also has the ability to control the output capacitance in the range of 500 nF - 1000 nF.

Claims (1)

Имитатор солнечной батареи, содержащий источник питания, в положительную шину которого включен импульсный регулирующий элемент (ИРЭ), к управляющему входу которого подключены последовательно соединенные широтно-импульсный модулятор и первый усилитель-сумматор, к силовому выводу ИРЭ подключен одним выводом непрерывный регулирующий элемент (НРЭ), другой силовой вывод которого через второй измеритель тока подключен к общему выводу схемы имитатора, к положительному выходному выводу имитатора подключен функциональный преобразователь, выходным выводом подключенный к вычитающему входу второго усилителя-сумматора, выход которого через усилитель мощности подключен ко входу управления НРЭ, первый измеритель тока одним силовым выводом подключен к общему выводу, другим силовым выводом подключен к отрицательному выходному выводу имитатора, а информационный вывод первого измерителя тока подключен к первому суммирующему входу второго усилителя-сумматора; микроконтроллер, первым выводом управления присоединенный ко входу управления ФП; конденсатор, одним выводом присоединенный к положительному выходному выводу имитатора, а другим выводом через резистор, присоединенный к отрицательному выходному выводу имитатора; устройство гальванической развязки, отличающийся тем, что дополнительно введены третий измеритель тока, источник напряжения смещения, устройство коммутации, диодный блок, масштабирующее устройство, причем третий измеритель тока подключен одним силовым выводом к минусовой шине источника питания, другим силовым выводом к общему выводу схемы имитатора, а информационным выводом к вычитающему входу первого усилителя-сумматора, к одному суммирующему входу которого подключен источник напряжения смещения через устройство коммутации, вход управления которого соединен с информационным выводом второго измерителя тока; устройство гальванической развязки одним выводом присоединено к выходному выводу ФП, а другим выводом присоединено к другому суммирующему входу первого усилителя-сумматора; диодный блок плюсовым выводом присоединен к выходному выводу ИРЭ, а минусовым выводом присоединен к положительному выходному выводу имитатора, масштабирующее устройство одним выводом присоединено к узлу соединения конденсатора и резистора, другим выводом соединено со вторым суммирующим входом второго усилителя-сумматора, а ко входу управления масштабирующего устройства подключен второй управляющий вывод микроконтроллера.A solar battery simulator containing a power source, in the positive bus of which a pulse regulating element (IRE) is connected, to the control input of which a pulse-width modulator and a first amplifier-adder are connected in series, a continuous control element (IRE) is connected to the power terminal of the IRE by one output , the other power output of which through the second current meter is connected to the general output of the simulator circuit, a functional converter is connected to the positive output terminal of the simulator, in the lead output connected to the subtracting input of the second amplifier-adder, the output of which through the power amplifier is connected to the control input of the NRE, the first current meter is connected to the common output by one power output, connected to the negative output of the simulator by the other power output, and the information output of the first current meter is connected to the first summing input of the second amplifier-adder; a microcontroller, the first control terminal connected to the control input of the FP; a capacitor connected to the positive output terminal of the simulator with one output and another output through a resistor connected to the negative output of the simulator; galvanic isolation device, characterized in that a third current meter, a bias voltage source, a switching device, a diode unit, a scaling device are additionally introduced, the third current meter being connected by one power terminal to the negative bus of the power source, and another power terminal to a common terminal of the simulator circuit, and an informational output to the subtracting input of the first amplifier-adder, to one summing input of which a bias voltage source is connected via a switching device, the input is the board of which is connected to the information output of the second current meter; the galvanic isolation device is connected by one output to the output terminal of the FP, and the other output is connected to another summing input of the first amplifier-adder; the diode block is connected to the positive output of the IRE by the positive output and the negative output connected to the positive output of the simulator, the scaling device is connected to the connection node of the capacitor and resistor by one output, the other output is connected to the second summing input of the second amplifier-adder, and to the control input of the scaling device the second control pin of the microcontroller is connected.
RU2016129594A 2016-07-19 2016-07-19 Solar battery test box RU2625624C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016129594A RU2625624C1 (en) 2016-07-19 2016-07-19 Solar battery test box

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016129594A RU2625624C1 (en) 2016-07-19 2016-07-19 Solar battery test box

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2625624C1 true RU2625624C1 (en) 2017-07-17

Family

ID=59495316

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016129594A RU2625624C1 (en) 2016-07-19 2016-07-19 Solar battery test box

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2625624C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2780971C1 (en) * 2021-11-12 2022-10-04 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) Method for controlling the keys of a stabilised current source in an electronic solar array simulator

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3435328A (en) * 1967-01-09 1969-03-25 Us Navy Electronic solar cell array simulator
EP2058669A1 (en) * 2007-10-12 2009-05-13 Power-One Italy S.P.A. A dynamic electric power supply unit that simulates an electric power source
RU144248U1 (en) * 2014-04-30 2014-08-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) SOLAR BATTERY ELECTRIC SIMULATOR
US20160181797A1 (en) * 2014-12-17 2016-06-23 The Boeing Company Solar array simulation using common power supplies

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3435328A (en) * 1967-01-09 1969-03-25 Us Navy Electronic solar cell array simulator
EP2058669A1 (en) * 2007-10-12 2009-05-13 Power-One Italy S.P.A. A dynamic electric power supply unit that simulates an electric power source
RU144248U1 (en) * 2014-04-30 2014-08-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) SOLAR BATTERY ELECTRIC SIMULATOR
US20160181797A1 (en) * 2014-12-17 2016-06-23 The Boeing Company Solar array simulation using common power supplies

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KR 939330 B1, 28/01.2010. *
Ткачев С.Б. и др. Повышение качества имитаторов солнечных батарей с двухкаскадным регулирующим элементом. Вестник СибГАУ, Вып. 1, 2011, С. 70-75. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2780971C1 (en) * 2021-11-12 2022-10-04 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) Method for controlling the keys of a stabilised current source in an electronic solar array simulator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Schaef et al. Multilevel power point tracking for partial power processing photovoltaic converters
US20030214267A1 (en) Ultracapacitor balancing circuit
US20230261510A1 (en) Method and apparatus for controlling busbar voltage of photovoltaic system
Belkaid et al. An improved sliding mode control for maximum power point tracking in photovoltaic systems
Binduhewa et al. Photovoltaic emulator
Kampitsis et al. A clamping-circuit-based voltage measurement system for high-frequency flying capacitor multilevel inverters
Jin et al. Optimized design of space solar array simulator with novel three-port linear power composite transistor based on multiple cascaded SiC-JFETs
RU2625624C1 (en) Solar battery test box
Torres et al. High-reliability solar array regulator proposal for harsh environments
CN102918412A (en) Stacked power supply monitor with sense-replica loop
RU2635897C1 (en) Electrical simulator of storage battery with current and voltage protection and protection device for electrical simulator of storage battery
CN115327231A (en) Sampling circuit, branch circuit insulation impedance detection circuit and method
Zaitsev Calculation of the schematic solution of FET-transistor electronic load
Das et al. Design of PV emulator fed MPPT controlled DC-DC boost converter for battery charging
CN109613853B (en) Electronic load and control method thereof
Antonov et al. A direct current converter for power supply systems with alternative energy sources
RU144248U1 (en) SOLAR BATTERY ELECTRIC SIMULATOR
RU52522U1 (en) DEVICE OF IMITATION OF VOLTAMPER CHARACTERISTIC OF A SOLAR BATTERY
RU50014U1 (en) DEVICE OF IMITATION OF VOLTAMPER CHARACTERISTIC OF A SOLAR BATTERY
Khawaldeh et al. Power loss reduction for PV emulator using transistor-based PV model
CN218526228U (en) Current equalizing circuit for parallel DC-DC converter
RU201749U1 (en) A device for simulating a sectioned solar battery
Zaitsev et al. Electronic Load based on FET-transistor
RU77695U1 (en) DEVICE FOR SIMULATING A VOLT-AMPER CHARACTERISTIC OF A SOLAR BATTERY
Zhu et al. A hot-swap solution for Mini Field Test Bus

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190720