[發明專利]一種基于查表法的數字式光伏陣列模擬器系統

無效

• 申請號: 201310033700.6
• 申請日: 2013-01-29
• 公開（公告）號: CN103116118A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 袁振;孫培德
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩

技術領域

本發明涉及一種基于查表法的數字式光伏陣列模擬器系統，屬于光伏發電技術領域。

背景技術

光伏發電是當前利用太陽能的主要方式之一，也是研究的熱點。光伏陣列是將太陽能轉換為電能的裝置，是光伏發電系統中極其重要的構成部件。光伏陣列的好壞直接影響到光伏發電系統發電量的大小。

光伏陣列在不同日照和環境溫度下的工作特性具有很大差異性，即其輸出功率隨日照強度、環境溫度等參數呈現明顯的非線性特性。以開路電壓40V，短路電流3.5A，最大功率點33V、3A的光伏電池為例，其光伏特性曲線如圖1所示。因此，為了將光伏陣列電池的輸出轉換為穩定可靠的電能，光伏發電系統必須具有適應這種非線性的“全天候”能力。然而，在自然環境中，日照強度和溫度等條件顯然都會因為時間、季節、地理位置等因素而隨時改變。所以在實驗中若采用實際的光伏陣列，不僅成本高昂，更會因為安裝地點、實驗時間的限制而使得實驗結果不準確，實驗設備達不到所需額定功率，也滿足不了進行“全天候”連續實驗的要求。為了解決實驗中光伏陣列受自然條件約束的問題，提出了光伏陣列模擬器的概念。

現有光伏陣列模擬器主要分為模擬式和數字式。模擬式光伏陣列模擬器主要是基于樣品光伏電池的模擬器，它利用仿日照燈照射光伏陣列，樣品光伏電池輸出電壓和電流隨模擬光強而變化，電壓和電流經放大后驅動功率器件，使其輸出跟隨樣品光伏電池的電壓、電流，代替實際光伏陣列進行試驗。數字式光伏陣列模擬器主要是利用數字信號處理器(DSP)或者單片機等控制器的控制使輸出電壓、電流滿足光伏特性曲線的非線性開關電源。

現有光伏陣列模擬器能量利用率較低，且現有光伏陣列模擬器是靠存儲多條曲線數據的方法實現光伏特性曲線的改變，這種方法需要大量的存儲空間，以至于要外擴存儲器，增加存儲成本。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種能量利用率高、可全天候地進行光伏發電系統研究且存儲成本低的基于查表法的數字式光伏陣列模擬器系統。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是提供一種基于查表法的數字式光伏陣列模擬器系統，其特征在于：帶有同步整流的降壓斬波電路(BUCK電路)，BUCK電路通過信號調理模塊連接控制器輸入端，控制器輸出端連接金屬氧化物半導體場效應管(MOSFET)驅動模塊輸入端，MOSFET驅動模塊輸出端連接BUCK電路；供電電源模塊連接信號調理模塊、控制器和MOSFET驅動模塊，負載電阻連接信號調理模塊。

優選地，所述帶有同步整流的BUCK電路包括輸入電源，輸入電源的正極連接第一場效應管的漏極，輸入電源的負極連接第二場效應管的源極、濾波電容的一端和所述信號調理模塊，第一場效應管的源極連接第二場效應管的漏極和濾波電感的一端，濾波電感的另一端連接濾波電容的另一端和所述信號調理模塊，第一場效應管的柵極和第二場效應管的柵極均連接所述MOSFET驅動模塊。

優選地，所述信號調理模塊包括霍爾傳感器，霍爾傳感器的第一引腳連接所述負載電阻一端，所述負載電阻另一端連接第二分壓電阻一端和所述輸入電源的負極，第二分壓電阻另一端連接第一分壓電阻一端和所述控制器的電壓采樣端，第一分壓電阻另一端連接所述濾波電感的另一端和霍爾傳感器的第三引腳，霍爾傳感器的輸出端連接所述控制器的電流采樣端，霍爾傳感器還連接所述供電電源模塊。

優選地，所述控制器包括比例積分微分(PID)調節器，利用電壓采樣端得到的電壓采樣值查光伏特性表所得的電流給定值與所述電流采樣端得到的電流采樣值的誤差信號連接到PID調節器輸入端，PID調節器輸出端連接脈寬(PWM)發生器輸入端，PWM發生器輸出端連接所述MOSFET驅動模塊輸入端。

本發明提供的一種基于查表法的數字式光伏陣列模擬器系統以嵌入式系統作為核心器件，主電路采用帶有同步整流的BUCK變換電路，而關鍵的光伏特性曲線則是采用離線式計算機計算，即在電腦上計算好后將對應的離散的電壓電流對應數值導入到控制器中，將主電路輸出的電壓、電流經過信號調理電路后，采樣輸入到控制器中，根據采樣到的電壓信號對應查表可以得到對應的電流參考信號，而該電流參考信號與采樣的電流信號的誤差信號用來控制輸出，從而實現對光伏陣列電池的模擬。

相比現有技術，本發明提供的一種基于查表法的數字式光伏陣列模擬器系統的有益效果如下：

(1)由于應用了同步整流的方法，使該系統的能量利用率比一般的模擬器要高，可全天候地進行光伏發電系統研究，并且功率較大；