光伏电池阵列模拟器研究报告(3)

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强，因此不能简单地采用直线对曲线 进行拟合。 实现对光伏电池特性的模拟主要有两种方法： 查表法[2-4]和计算法[5]。查表法是一种较为准确的 方法，但需要事先人工输入大量数据，工作非常繁 琐，而且电池参数等数据的获得也并非易事；使用 计算法拟合曲线舍弃传统的查表法，误差较小且无 需太多人为干预，使得系统更为优化、简单。 采用多段直线 ( 折线 > 模拟是数学上模拟弧度 较小的曲线时常用的方法。仔细研究图 1 会发现， 光伏电池阵列的输出特性在低压段近似为恒流源， 作者简介：唐金成(1983- >，女，硕士研究生，研究方向为太阳能光伏发电、电力电子及电力传动等； 林明耀(1959- >，男，教授，博士，研究方向为可再生能源发电、电力电子及电力传动、电机及数字控制等。 0

光伏电池阵列模拟器的研究 江苏电器 (2007 No.6>

经过最大功率点后下降速度加快， 但是弧度较小，故 而可采用四段折线模拟该曲线，如图 1 中折线所示。

电流 P I 调节器的输出，改变 D S P 中比较寄存器的 值，产生可变脉宽的 PWM 波，控制主电路的开关器 件，从而实现对光伏电池阵列特性的模拟。 2.2 I ref的确定 以 短 路 电 流 点A ( x 0 ，y 0 > 为 一 个 端 点 ， 点 B (x 1，y 1>为另一端点，利用数值计算公式[6](2>可 以得到从 A 点到 B 点的拟合方程。 x -x1 x -x0 Y ( x >= x 0 - x 1 y 0 + x 1- x 0 y 1 曲线的拟合方程。 如图1所示，端点坐标分别为：A (0，4.5>、 图1 光伏电池阵列的I - U 特性曲线及其折线模拟 (2>

依次类推，可以得到对整条光伏电池阵列特性 2

模拟器的原理

太阳能电池模拟器能够模拟实际光伏电池阵列

的I - U 输出特性。文中设计了一种以Buck直流斩波 电路为基础，基于DSP控制的太阳能电池模拟器。 2.1 模拟器结构图 模拟器结构图见图2。 2 D 1 1 L

B (20 ，4 .45>、C (34 .3 ，4>、D (43 .33 ，3>、 E (52.6 ， 0>。 根据公式(2>对光伏电池阵列的特性曲线进行 了四段拟合，得到以下拟合方程： I 1= -0.002 5 U + 4.5 (U ∈[0，20]>； I 2= -0.031 5 U + 5.079 (U ∈[20，34.3]>； I 3= -0.110 7 U + 7.798 (U ∈[34.3，43.33]>； I 4= -0.323 6 U + 17.023 (U ∈[43.33，52.6]>。 输出电压经AD采样后送入DSP控制器后，首先判 断此时的输出电压属于哪段拟合区间，然后根据相 应的拟合方程计算光伏电池阵列的输出电流值，将 此电流值作为输出电流的指令值，即I ref[7]。 Ui + - D2 2 C R

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PI控制器参数的整定

太阳能电池模拟器采用的是电流反馈 PI 控制，

DSP控制器 光伏曲线 I ref + 拟合电 流给定 输出电压采样 U out 电流PI 调节器 PWM 波生成 输出电流 反馈 I out 控制原理框图如图 3 所示。输出电流的指令值 I ref 是通过四段折线分段拟合光伏电池特性曲线而得， 它与实际输出电流反馈值 I out 的偏差通过电流 P I 调节器，形成改变 PWM 占空比的控制量，使输出电 流 I out 始终跟踪给定电流 I ref 。 U out 光伏曲线 +- I out 电流PI 拟合电 调节器 流给定 I ref PWM 波生成 低通 滤波器 负载 图2 太阳能电池模拟器的结构图

由图2可知，该模拟器是以直流斩波电路为基 础，直流斩波电路为标准的Buck电路。Buck电路的 输出电压U out和输入电压U i的关系如式(1>所示： Uout = DU i (1> 式中 D 为PWM波形的占空比。 在 DSP 控制系统中，根据采样到的斩波器的输 出电压实时地计算出光伏电池阵列的输出电流值， 然后将此电流值作为输出电流的指令值 I ref，同实 际输出电流值 I out 相减后送入电流 PI 调节器，通过 文中采用试凑法对P I控制器的参数进行了整 定 。首先将积分时间常数T i取零，即取消积分作 用，采用纯比例控制。将比例增益 P 由小到大变 化，观察系统响应，直至系统响应速度变快，且有 一定范围的超调为止。然后将积分时间常数T i由大 [8]

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光伏电池阵列模拟器的研究

逐渐减小，积分作用就逐渐增强，观察输出会发 现，系统的静差会逐渐减少直至消除。反复实验 几次，直到消除静差的速度满意为止。注意，这时 的超调量会比原来加大，应适当的降低一点比例 增益 P 。 4

仿真运行及仿真结果分析

为验证上述太阳能模拟器设计的合理性，对太

阳能电池模拟器的 D S P 控制系统进行了仿真分析， 以 Visual basic 6.0 为开发环境设计仿真程序。仿 真程序实时计算出 Buck 电路的输出电压 U out，根据 电压值的大小采用四段折线进行分段拟合得到输出 电流的指令值 I ref，同实际输出电流值 I out 相减后经 过电流 PI 调节器的控制改变 Buck 电路中开关管的 通断时间，使 I out 始终跟踪 I ref，从而实现在特定负 载时 Buck 电路的输出电压电流模拟光伏电池阵列的 输出特性。 在设计的 Buck 电路中， 仿真参数设置为 Ui=100 V， L = 1 000μH，C = 470μF，开关管的开关频率为 40 kHz。 通 过 对 PI 控 制 器 参 数 的 整 定 ， 获 得 比 例 增 益 P =3.5，积分时间常数T i=0.04 s。将仿真参数和PI 控制器参数代入太阳能电池模拟器的通用仿真模 型中，当负载 R =20Ω时，可得到如图4所示的输出 电流曲线，当负载 R = 4Ω时，可得到如图5所示的 输出电流曲线。由图4和图5的仿真结果可以看出， Buck电路能够在较短的响应时间内稳定在对应于该 负载的工作点输出，很好地反映了光伏电池阵列的 输出特性。 仿真分析的最后一步是通过设置不同的负载电 阻值，可以得到一系列的输出负载工作点数据。将 工作点在对应的 I - U 坐标系中给出，并对比所拟 合的光伏电池阵列的 I - U 特性曲线，可以得到比 较图如图 6 所示。图 6 中曲线为光伏电池阵列的输 出特性，×”“ 点为太阳能电池模拟器的仿真工作点。 由 B u c k 电路仿真工

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作点同光伏电池阵列特性曲线 的比较可以看出，采用前述 B u c k 电路、分段拟合 及电流反馈 P I 控制策略可以很好地模拟光伏电池 阵列特性。仿真验证了系统原理设计的可行性。 图5 R 为4 Ω时I out的仿真曲线

图6 I -U 特性曲线与Buck电路仿真工作点对比 5 结论

由上述分析可见， Buck 直流斩波器为基础的， 以 基于 DSP 控制的太阳能电池模拟器是可行的。文中 图4 R 为20 Ω时I out的仿真曲线 2 (下转第28页> 江苏电器 (2007 No.6>

检测电源电流控制方式在有源电力滤波器中的应用 6 结语

通过对并联型三相有源电力滤波器数学模型的

建立和检测电源电流控制方式的并联型有源电力滤 波器的研究，建立了此种控制方法的数学模型，经 过仿真研究验证了此种控制方法可以有效地实现谐 波的动态补偿，比检测负荷侧电流控制方法有明显 的优势，在实际工程中具有应用价值。 图9 非线性负荷输入电压与输入电流波形 参考文献

[1] 姜齐荣，谢小荣，陈建业 . 电力系 …… 此处隐藏：3236字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……