数字式太阳电池阵列模拟器

　　2肥年2数字式太阳电池阵列模拟器苏建徽，余世杰，赵为，沈玉梁。吴敏何慧若合肥工业大学能源研究所。合肥230009列模拟器。实验明，该种模拟器性能良好，可以在实验室复现1以，以下不同功率太阳电池阵列在不同曰射强度环境温度下的特性，并在屏幕上显出被模拟阵列的及户曲线，以闪烁光标显该阵列在设定日射强度和环境温度下最大功率的位置及其量值，同时也以闪烁光标指系统的工作点位置，研宄操作人员可以清晰地观察到者之间的差异。该种模拟器可以方便地引导系统研宄人员分析系统运行存在的问，从而使系统工作于最佳状态，它为光伏系统工作者及光伏系统生产厂商提供了系统优化配置的有效手段。

　　仿日射灯模拟式太阳电池阵列模拟器大都采用了小面积样品太阳电池作为参考模型，其主要功能就是完成对样品太阳电池厂特性的跟踪和功率放大，模拟器内置样品太阳电池受射于小型仿日射的光源，调节该光源的照射也就调节了样品电池受射的日射强度。样品太阳电池面积甚小，12左右，因此可以认为该小面积上的日射是均匀的，经电压和电流的跟踪后可以用来模拟不同日射强度下太阳电池阵列的特性。如果需要模拟另种太阳电池组成的阵列，则必要更换样品太阳电池，并需另行标定。实践证明，这种模拟式太阳电池阵列模拟器存在以1〃严重+足样品太阳屯池在机内光源照射下。机筘内小范的环境温度及样品电池！3结的结温随照射时的增加而强烈变化。这足以使模拟器丈际输出的特性远非设定条件下的特性，其误差往往大到不可接受的程度。些产品21为克服这弊端。样电池上附加厂1杂的恒温装置。此举既增加了设备的复杂性和仪器维护的工作量，而且使产品造价大幅度增加被投拟的太阳屯池阵列特性和及被试系统鉴别被模拟系统是否已达最佳工作状态，也不能令使用者通过模拟器屏幕直接观察到系统各参数对系统工况的影响。，数字式太阳电池阵列模拟器是以太阳电池的数学模型343为基础，结合计算机控制现代电力电子和数字技术而实现的。这种模拟器仅要求使用者在定义被模拟太阳电池阵列的容量后，直接输入相应日射及环境温度等参数，就可以完整复现该太阳电池阵列在各种日射强度和环境温度下的及户厂的特性。为了动态模拟外部环境变化对太阳电池阵列厂及尸7等输出特性的影响，本文采用了高性能计算机及相应软件以完成对系统数据明，该新型模拟器在性能和使用功能等与传统模拟极佳的性能价格比。，1系统的组成1.1硬件结构该系统硬件卞想由上位计算机名功能数据采用控制卡和稳压稳流高频可控直流开关电源组成，其结构2.上位机采用80486以上并配有客功能数据采集以勺机型，稳稳流。流关电源为特殊设计并具有计算机接口控制功能的独立电源，不仅可以实现开路电压输出电流的控制，而且可将负载端实际电压电流及电源工作状态故障及报膂信4等送入接口。供计算机进厅数据处理分析及故障判断。，1.2稳定稳流直流控制电源系统中的屯源设计关系到整个系统的安全性可靠性和操作性能，应考虑安全隔离，并且必须保证在主电路故障情况下，不会产生过压以至损坏设备和被试系统，面向这些较高的要求。木文屯源主要电路采用了3之拓扑结构。由可，电源主电路结构采用了电压型伞桥式频逆变电路。

　　输出端山高频变压器与电网相离，保证模拟器输出电压及电流具有足够宽的调节范围，同时顾及尽量减小功率器件如功率开关管高频变压器等的尺寸容量，电路中主高频变压器副边采用了双绕组结构。这样用户便可以根据负载要求的电压范。方便，活地采用串联或并联两种方式以，大限度地利用装置容量。

　　电源控制原理4.这些环节的主要功能是完成系统运行中的电流抒制和斤路电抓控制。

　　换后送入外部接口，供上位机采集处理。

　　控制器具有两个控制变垃指令的输入。即输出电流厂和开路电压厂。比较强烈地随闩射强度与环境温度的变化而变化。反映庄控制器中。

　　它限制系统的最高输出电压。3输出电汛的反馈值超过时系统立即封锁飞。1环节的驱动信号输出，将系统输出电压限制在厂，值以下，正常工作时，该电压环不动作。作为输出电流控制指令由计算机根据太阳电池数7模型和采集的数据计算处理后发出，为电流调节器，其输出信号控制飞1脉宽使输出电流始终跟踪最终使投拟器的输出特性满足仿榄型的要求；2太阳电池的数学物理模型太阳电池的数学吴型是数字式太阳电池阵列模拟器实现的姑础，太阳电池的外部特性具有很强的非线性，特别是日射强度和太阳电池本身温度的变化强烈地影响到及户厂特14.半导体物理学为硅太阳电池提供了相当准确的数学模型678但却并非以通常太阳电池厂商提供的，1及温度系数等产品数据达的投增，木文从工程的观点出发在大觉验砧1的甚础。采用了参考文献9提出的以。厂及温度系数数据建立的数学投型，这些数据可以太阳电池的温度山式1确定7环境温度，1.太阳电池阵列受射的日射强度僧咖2，太阳电池阵列组件和阵列支架构造的温度对于当前内外常用组件和支架结构，其典型的值为3；如果太阳电池组件用作屋顶墙面或作为其它特殊用途时，由于散热条件的差异，需根据实验数据代入式1以确定模型中的值。本文模增中取3特殊需要时可在软件中另行给定。

　　阵列模型特性可为式2电流温度系数⑷厂邛为参考日照下的电压温度系数为阵列的串联电阻⑴，办和3可方便地从卞产厂商提供的特性线或数据中获得。为短路电流为开路电压，和，分别为相应条件下最大功率点对应的电流和电压，显然日照7和7为能参考值时。式2将简化为式33系统的控制方式31软件结构根据以上提供的太阳电池阵列1〃特性觯析度不同日射强度下的相应的数据格均各异，如要将所有可能的数据格都储存于计算机内存中，将会占用大量的内存空间，程序结构也复杂。因此，本文根据系统的需要，采用00的80486以上的机型作为上位控制机，其中只建立部分环境及电池参数数据格。而系统模型跟踪技制及数据处现均山计，机实时计算完成。这种实，控制必须保讪模拟器系统的快速性和准确性；样，并立即与厂特性曲线模型数据进行比较和计算，最终使输出电流指令值收敛于某点，该点即为负载的工作点，必定座落在太阳电池阵列的厂特性曲线上。值得注意的是实验证明，不同的控制算法，其收敛速度及稳定性差异很大，并直接影响到系统的动态性能。结果也会影响到系统的稳态特性。

　　由于来自传感器或变送器的有用信号中，往往混杂着各种频率的干扰信号。因此本系统在，4入口处采用了1滤波器以消除高频扰4.软件上采数字滤波对低频干扰信号进行滤波。

　　以提数椐处理的粘度。在控制环1中。为防止系统振荡，计算机也采用了数据滤波处理和调节以提高系统的响应速度和稳态精度。本文采用算术平均值滤的方法。为保证快速性，把采样数据构成10元素的循环队列，对每通道新的采样数据存入队尾，同时删除队头元素。队伍中10个元素相加，再求取箅术均值作为本次采样值；3.2系统的性能及功能设计为了较全面的地模拟太阳电池阵列的运行环境在软件功能方面实现了以下功能可在计算机屏幕上显被设定被模拟太阳电池阵列的及特性并以光标标出在给定日射强度及环境温度下相应之功率曲线及最大功率点的位置。

　　实时地在特性曲线上以闪烁的光标标出系统的工作点及相应于此点的电压和电流值。显界面8.

　　可以存储系统运行工况中具有意义的历史曲线如劝中电压电流利率等以根据用户处求，快速模拟如口射强度，环境温度等工作矣数变化时太电池阵列及其所带负戗的动态行为。具有时间比例变丁1的功能和在设定安全日日射强度时间分布曲线后带动负载作全自动无人值守运行的功能。

　　具有各种故障保护和报警显的功能。

　　另外，作者在光伏户用电源系统光伏水泵系统光伏屋顶并网发电系统光伏制冷空调系统及其它若干光优系统的研制及产品开发中。分别进行现场试验，效果良好。