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数字式光伏阵列模拟器的设计研究

作者:时间:2010-01-07来源:网络收藏

0 引言

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/188420.htm

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了广泛研究。但是,由于光伏电池造价高,导致研究成本很高,不利于其初期的研究。因此,很有必要设计一种成本较低,能够代替实际光伏电池阵列来进行各种光伏实验的太阳能电池器。

本文所设计的太阳能电池器以 BUCK 电路为基础,采用 ARM 控制,并加入了电流 PI 控制方式来改善系统动态性能和稳态精度。此外,本文还采用四折线法来对光伏电池阵列的特性曲线进行分段拟合,并进行了仿真验证。

1 系统设计目标

1.1 太阳能电池板伏安特性曲线

图 1 所示是太阳能电池板输出 I-U 特性曲线随日照、温度的变化情况。太阳能电池板器需要能够出不同温度、不同光照下的各种曲线,换言之,器最终要能够模拟出许多条曲线。但是,某一时间下,日照强度和温度是一定的,在此时间下,输出曲线也只有一条符合要求。设计时可根据设定的日照强度和温度来计算确定输出哪一条曲线。实际做法是将不同日照、不同温度下的曲线计算出来后将其离散化,并以数据表的形式存入 ARM 控制器中。存入的曲线越多,所能覆盖的温度日照范围越广。

1.2 太阳能电池板的工程数学模型

电池板出厂时都会给出短路电流、开路电压、最大功率点电流和电压这四个参数 (ISC 、 VOC 、 Im 和 Vm) ,而且四个参数符合下列公式:

这样,就可将太阳能电池板的 I-U 特性曲线转换为便于工程计算的形式。

式 (1) 描述的是标准照度 (Sref=1000 W / m2) 和标准温度 (Tref= 25 ℃ ) 下的 I-U 曲线。一般情况下 ( 照度 S ,温度 T) 的 I-U 方程可按照以下方法进行计算:

首先算出一般情况与标准情况下的温度差△ T 和相对照度差△ S :

2 系统原理及控制策略

2.1 系统原理

本系统的原理框图如图 2 所示,其中直流稳压电源可提供 150 V 的恒定电压输出,然后通过 BUCK 降压电路把电压加在输出负载上,以实时采集负载两端的电压和电流,再经过控制电路的控制算法改变 BUCK 电路的 PWM 占空比,以把输出电压和电流控制在预想的 I-U 曲线上。


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