中小功率光伏阵列I-V特性测试技术研究

基于动态电容充电的光伏阵列特性测试方法使用电容作为光伏阵列的负载，电容刚开始充电时，电容两端电压为零，光伏阵列相当于短路；当电容充电结束后，电容两端电压为光伏阵列的开路电压，相当于光伏阵列开路。整个测试过程为：由控制电路发出控制信号使K1闭合，光伏阵列开始对电容C充电，电容电压从零变化到开路电压，光伏阵列的工作点就会由短路电流处逐渐变化到开路电压处，在此过程中进行光伏阵列输出电压和电流的采样，从而得到光伏阵列在每个工作点的电压和电流，由这些采样点的组合就构成了当前环境条件下光伏阵列的I-V特性曲线。采样结束后，断开K1，闭合K2，对C进行放电，使电容保持零初始状态。
3．2 充电电容的设计
电容值大小直接决定了充电时间的长短，从而决定了采样的速率和系统的体积。电容越大，充电时间越长，有利于数据采样，但系统体积增加；选择较小的电容值，能够减小系统体积，但电容充电时问缩短，在采样周期不变的情况下，采样数据点数就会减少，从而由这些点绘制的I-V特性曲线的准确度就会降低。

图3为电容充电曲线示意图，由图可见电容充电时间介于以曲线(1)和曲线(2)充电方式充电时间之间。
若以曲线(1)的方式给电容充电，整个充电过程电流始终为短路电流Isc。由电容特性可知电容两端电压u(t)与流过电容的电流i(t)的关系为：

由以上分析和实际试验经验可知，电容实际充电时间约为由公式t=CUoc／Isc计算的值的3倍。系统中电压测试范围为0～1kV(Umax=1kV)，电流测试范围为0～20 A(Imax=20 A)。在整个充电过程中采样200个点，所选择的A／D采样芯片两次数据转换之间的时间间隔为2μs，故转换时间应不低于400μs，再加上要对转换结果进行判断，考虑一定的安全裕量，采样时间应不低于10ms。
为保证小电压大电流(Uoc1=Umax×3％=30 V，Isc1=Imax=20A)也能保证足够的采样时间，采样时间应满足：

根据公式(6)和(7)，选择充电电容为2 mF。
3．3 放电电阻设计
为了保证不影响下一次充电测量的准确性，需要在每次电容充电完成后通过放电电阻R对电容放电。R越小，放电时间越快，但R上承受的功率越大；R越大，放电时间越长，不利于系统工作快速性的要求。综合实际情况，取放电时间为10s。电容电压U与t关系为：U=Uocexp[-t／(RC)]，当t=5RC时，认为电容两端电压接近零。t=10s，C=2mF，解得R=1kΩ。