一種光伏電池陣列模擬系統的製作方法
2024-03-23 10:56:05 3
專利名稱：一種光伏電池陣列模擬系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及太陽能光伏發電技術設備領域，尤其是涉及一種光伏電池陣列模擬系統。
背景技術：
目前，全球性的能源危機迫使越來越多的國家開始重視新能源的研究，光伏發電作為其中很重要的一種也得到廣泛研究。但由於光伏電池造價高，導致研究成本高， 不利於初期研究，因此，設計一種低成本能模擬光伏電池特性的模擬器來代替實際的光伏電池，則能大大加快光伏發電研究。實現對光伏電池特性的模擬主要有兩種方法查表法和分段擬合法。查表法所得到的電壓(或者電流)給定量較精確，同時能較方便的模擬光伏電池在不同環境條件下的特性，但數據表格會佔用大量的存儲空間；分段擬合法一般採用直線段對光伏特性曲線進行擬合，對系統存儲能力要求不高，可以發揮數字控制器的實時運算能力，但擬合精度不高。
發明內容為了彌補上述光伏電池特性模擬方法以及裝置的不足，不能精確的模擬光伏電池特性，對設備要求高的缺陷，本實用新型提出一種光伏電池陣列模擬系統。其技術方案為，一種光伏電池陣列模擬系統，包括控制處理模塊以及與控制處理模塊連接並受其控制的BUCK斬波電路模塊。所述BUCK斬波電路模塊包括電源、保護電路、DC/DC變換電路、濾波電路和採樣電路，其中，保護電路輸入端接電源的輸出端，輸出端接DC/DC變換電路的輸入端，DC/DC變換電路輸出端連接濾波電路輸入端，濾波電路輸出端分別連接採樣電路和負載，控制處理模塊的輸入端連接在採樣電路和電源的輸出端，輸出端連接DC/DC變換電路並輸出控制信號控制DC/DC變換電路的輸出。控制處理模塊包括電流模擬器、PI調節器和脈寬調製器(PWM生成器)，PI調節器分別與電流模擬器和脈寬調製機連接。本實用新型採用簡單可靠的BUCK斬波電路模塊與處理控制模塊相結合，由處理控制模塊參照光伏特性曲線對輸出的電流進行模擬，模擬光伏電池的輸出，本新型產生的模擬電流與真實光伏電池陣列的電流曲線吻合精度高，穩定性好。
圖I是本實用新型的原理框型圖；圖2是本實用新型的BUCK斬波電路模塊的電路原理圖；圖3是光伏電池陣列特性曲線的示意圖；圖4是本實用新型的工作流程示意圖；圖中，Cl，C2是濾波電容；D1、二極體；LI、電感；R1、壓敏電阻；R2、負載；R3、電流採樣電阻；Q1、場效應管；S1、保險絲。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做進一步說明。本實用新型採用控制處理模塊以及與控制處理模塊連接並受其控制的BUCK斬波電路模塊的結構，參照光伏特性曲線對光伏電池陣列進行模擬。上述技術方案通過硬體電路以及寫有算法程序的控制處理模塊來實現。硬體部分包括結構簡單、性能可靠的Buck斬波電路和控制處理模塊。控制處理模塊實現對模擬器輸出電流的控制。參照圖1，本實用新型的一種實施方式。在本實施方式中所述BUCK斬波電路模塊包括電源、保護電路、DC/DC變換電路、濾波電路和採樣電路，其中，保護電路輸入端接電源的輸出端，輸出端接DC/DC變換電路的輸入端，DC/DC變換電路輸出端連接濾波電路輸入端，濾波電路輸出端分別連接採樣電路和負載，控制處理模塊的輸入端連接在採樣電路和電源的輸出端，輸出端連接DC/DC變換電路並輸出控制信號控制DC/DC變換電路的輸出。結合圖2，本新型一種實施方式的電路原理圖，控制處理模塊還包括電流模擬器、 PI調節器和脈寬調製器(PWM生成器)，PI調節器分別與電流模擬器和脈寬調製機連接。本圖中，Buck斬波電路用電路圖來表示。圖中，所述DC/DC變換電路包括場效應管Ql，場效應管Ql源級與二極體Dl的負極相連，漏極接電容Cl的一端，且Ql和控制處理模塊的脈寬調製器相連，脈寬調製器產生PWM信號輸出。SI、R1、Cl組成保護電路，SI為保險絲用來實現輸入電流保護功能，Rl為壓敏電阻，用來實現輸入電壓過壓硬體保護，電容Cl起濾波作用。 由上述元件組成的硬體電路結構簡單，但是穩定性高。參照圖3，光伏電池特性曲線示意圖。本新型通過光性曲線的特性對模擬擬合方式進行計算。由圖3中看出光伏電池陣列的輸出特性在低壓段近似為恆流源，擬合時採用直線段進行擬合。在高壓段，光伏電池陣列的特性曲線非線性加強，若仍採用直線擬合，則誤差明顯增加。因此，應採用二次或二次以上的多項式對曲線分段進行擬合。在分段時， 通過對擬合效果比較，分段點採用近似取半的方法選擇可以得到較好的擬合效果。即第一段擬合的長度近似為整條特性曲線長度的一半，第二段擬合的長度近似為剩餘特性曲線長度的一半，依次類推。整條特性曲線採用四段擬合即能達到很好的擬合效果。在擬合時，低壓段採用一次多項式進行擬合，高壓段採用二次多項式進行擬合。具體的擬合方法如下在低壓段，以短路電流點A(x0，y0)為一個端點，點B(xl，yl)為另一端點，利
用數值計算公式可以得到一次擬合方程
…% IIX1 I BXn J0 BI1 J1 SJ0從B到E的整個高壓段分三段進行二次多項式擬合。如擬合段三， C(x2,y2),D(x3,y3)作為其兩端點，在兩端點間通過嘗試再取一點(如擬合段三中可取最大功率點F(x4，y4)作為第三點，則利用公式可以得到C，D兩點間的二次多項式擬合方程為
40022O2 mxAy7 (I3 sx,Xxi BI4Y3 \x4 r%M*4 m5 4
依次類推，可以得到對整條光伏陣列特性曲線的擬合方程。結合圖4，本實用新型對光伏電池陣列特性曲線進行模擬時的工作示意圖，控制處理模塊與Buck斬波電路配合的一種工作流程。參照圖3的曲線，輸出電壓/電流經採樣電路送入控制處理模塊後，控制處理模塊首先判斷此時的輸出電壓/電流為於圖3特性曲線的哪個擬合區間，然後電流模擬器根據相應區間的擬合多項式計算光伏電池陣列的輸出電流值，並將此電流值作為輸出電流的指令值在與實際輸出電流值相減後送PI調節器。參照PI調節器的輸出作為比較值，脈寬調製器產生可變脈寬的PWM波，控制主電路開關器件，從而實現對光伏電池陣列特性的模擬。上述技術方案僅體現了本實用新型技術方案的優選技術方案，本技術領域的技術人員對其中某些部分所可能做出的一些變動均體現了本實用新型的原理，屬於本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種光伏電池陣列模擬系統，其特徵在於，包括控制處理模塊以及與控制處理模塊連接並受其控制的BUCK斬波電路模塊。
2.根據權利要求I所述的光伏電池陣列模擬系統，其特徵在於，所述BUCK斬波電路模塊包括電源、保護電路、DC/DC變換電路、濾波電路和採樣電路，上述電路的連接方式為，保護電路輸入端接電源的輸出端，輸出端接DC/DC變換電路的輸入端，DC/DC變換電路輸出端連接濾波電路輸入端，濾波電路輸出端分別連接採樣電路和負載，控制處理模塊的輸入端連接在採樣電路和電源的輸出端，輸出端連接DC/DC變換電路並輸出控制信號控制DC/DC 變換電路的輸出。
3.根據權利要求I所述的光伏電池陣列模擬系統，其特徵在於，控制處理模塊包括電流模擬器、PI調節器和脈寬調製器，PI調節器分別與電流模擬器和脈寬調製機連接。
專利摘要本實用新型公開了一種光伏電池陣列模擬系統，包括控制處理模塊以及與控制處理模塊連接並受其控制的BUCK斬波電路模塊。本實用新型採用簡單可靠的BUCK斬波電路模塊與處理控制模塊相結合，由處理控制模塊參照光伏特性曲線對輸出的電流進行模擬，模擬光伏電池的輸出，本新型產生的模擬電流與真實光伏電池陣列的電流曲線吻合精度高，穩定性好。
文檔編號G01R31/26GK202351387SQ20112048027
公開日2012年7月25日 申請日期2011年11月28日 優先權日2011年11月28日
發明者餘學渭, 尤強強, 曹西飛, 藍林虹, 鄧群, 黃官仲 申請人:寧波高新區新誠電子有限公司