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基于SIMULINK工具的数字式光伏阵列模拟器的设计研

作者:时间:2010-01-18来源:网络收藏

 0引言

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/191808.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。

太阳能电池板输出I-U特性曲线

  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:

四个参数符合下列公式

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=1000W/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:

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150V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。

原理框图

  2.2系统控制策略

  由于在某一环境条件下,电池板的输出伏安特性曲线只有确定的一条,这样,采集系统输出的电压电流,就可以得到输出负载的大小。其负载线与输出I-U曲线会有一个交点,这个点就是工作点,也就是图3中的B点。这一工作点将对应一个电流和一个电压。调节BUCK电路的PWM占空比,可使输出电压电流变换为工作点处的电压电流,从而达到调节的目的。

输出伏安特性曲线


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