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          數(shù)字式光伏陣列模擬器的研究及設(shè)計

          作者: 時間:2012-08-12 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          0引言

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/190042.htm

            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(fā)電作為其中很重要的一種也得到了廣泛研究。但是,由于光伏電池造價高,導(dǎo)致研究成本很高,不利于其初期的研究。因此,很有必要設(shè)計一種成本較低,能夠代替實際光伏電池陣列來進行各種光伏實驗的太陽能電池器。

            本文所設(shè)計的太陽能電池器以BUCK電路為基礎(chǔ),采用ARM控制,并加入了電流PI控制方式來改善系統(tǒng)動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)精度。此外,本文還采用四折線法來對光伏電池陣列的特性曲線進行分段擬合,并進行了仿真驗證。

            1系統(tǒng)設(shè)計目標

            1.1太陽能電池板伏安特性曲線

            圖1所示是太陽能電池板輸出I-U特性曲線隨日照、溫度的變化情況。太陽能電池板器需要能夠模擬出不同溫度、不同光照下的各種曲線,換言之,模擬器最終要能夠模擬出許多條曲線。但是,某一時間下,日照強度和溫度是一定的,在此時間下,輸出曲線也只有一條符合要求。設(shè)計時可根據(jù)設(shè)定的日照強度和溫度來計算確定輸出哪一條曲線。實際做法是將不同日照、不同溫度下的曲線計算出來后將其離散化,并以數(shù)據(jù)表的形式存入ARM控制器中。存入的曲線越多,所能覆蓋的溫度日照范圍越廣。

          太陽能電池板輸出I-U特性曲線

            1.2太陽能電池板的工程數(shù)學(xué)模型

            電池板出廠時都會給出短路電流、開路電壓、最大功率點電流和電壓這四個參數(shù)(ISC、VOC、Im和Vm),而且四個參數(shù)符合下列公式:

          四個參數(shù)符合下列公式

          四個參數(shù)符合下列公式

            這樣,就可將太陽能電池板的I-U特性曲線轉(zhuǎn)換為便于工程計算的形式。

            式(1)描述的是標準照度(Sref=1000W/m2)和標準溫度(Tref=25℃)下的I-U曲線。一般情況下(照度S,溫度T)的I-U方程可按照以下方法進行計算:

          以下方法進行計算

            首先算出一般情況與標準情況下的溫度差△T和相對照度差△S:

            2系統(tǒng)原理及控制策略

            2.1系統(tǒng)原理

            本系統(tǒng)的原理框圖如圖2所示,其中直流穩(wěn)壓電源可提供150V的恒定電壓輸出,然后通過BUCK降壓電路把電壓加在輸出負載上,以實時采集負載兩端的電壓和電流,再經(jīng)過控制電路的控制算法改變BUCK電路的PWM占空比,以把輸出電壓和電流控制在預(yù)想的I-U曲線上。

          原理框圖

            2.2系統(tǒng)控制策略

            由于在某一環(huán)境條件下,電池板的輸出伏安特性曲線只有確定的一條,這樣,采集系統(tǒng)輸出的電壓電流,就可以得到輸出負載的大小。其負載線與輸出I-U曲線會有一個交點,這個點就是工作點,也就是圖3中的B點。這一工作點將對應(yīng)一個電流和一個電壓。調(diào)節(jié)BUCK電路的PWM占空比,可使輸出電壓電流變換為工作點處的電壓電流,從而達到調(diào)節(jié)的目的。

          輸出伏安特性曲線


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