电子设计工程
Electronic Design Engineering
第22卷Vol.22第18期No.182014年9月Sep.2014
收稿日期：2013-11-07
稿件编号：201311067
作者简介：臧小杰（1957—），男，辽宁阜新人，硕士，教授。研究方向：电气自动化。
光伏电池是直流电源，然而其输出特性是非线性的，外界条件对其影响比较大。如果只是将真实的光伏电池运用在光伏并网逆变器的调试过程中，其光照强度、温度等因素模拟调试周期长，诸多情况不易模拟等问题都限制了光伏并网逆变器的调试。而光伏阵列模拟器能够在短时间内模拟任意温度和光照强度下的光伏电池的输出特性，采用光伏阵列模拟器将大大缩短光伏并网逆变器的研制周期，并降低成本[1]。
本文提出了一种基于可编程直流稳压电源的光伏阵列模拟器设计方法[2]，工作量少，开发周期短，并通过实验验证了该模拟器的有效性。
1光伏阵列模拟器
目前，光伏阵列模拟器有模拟式光伏阵列模拟器和数字
式光伏阵列模拟器两种。
1.1模拟式光伏阵列模拟器
采用小面积样品光伏电池作为参考模型，其原理为用可
控的白炽灯模拟太阳光强的变化，样品光伏电池的输出电压和电流随模拟光强而变化，经放大后驱动功率器件，使其输出跟随样品光伏阵列的电压和电流，代替实际光伏阵列进行各项试验[3]。
模拟式光伏阵列模拟器固然可以模拟不同环境条件下的光伏电池的输出，但其局限性也很明显，主要有以下几点：1）白炽灯光源的照射导致模拟器机箱内小范围的“环境
温度”及样品电池P-N 结的结温变化强烈，这时样品光伏电池模拟输出的U-I 特性实际已不是原先所设定环境条件下的特性，使模拟的精度受到很大的影响。
2）白炽灯的光谱特性与实际太阳光不同，模拟光照的时
候会导致误差增大。
3）不方便对各种类型的光伏电池进行模拟。1.2
数字式光伏阵列模拟器
数字式光伏电池模拟器[4]，其原理是以光伏电池的数学模型为基础，结合计算机技术和电力电子技术，使用上位计算机和专用的控制软件控制稳压稳流高频可控直流开关电源，在上位机中建立环境和电池参数数据表格，针对输出电流和电压的采样，上位机查表并计算使输出电流指令收敛于某一点即负载的工作点，该点必在光伏电池的U-I 曲线上。
该模拟器一般由单片机或DSP 和DC-DC 变换电路组成，因而开发成本较高，开发周期较长。
1.3基于可编程电源的光伏阵列模拟器
针对小功率太阳能光伏阵列本文采用了可编程直流稳
压电源，其突出特点为响应速度快，精度高，无高频纹波干扰。其实物构成如图1所示。
通常光伏曲线的生成主要有3种方法，即查表法、计算法、拟合法[5-7]。
1）查表法
光伏阵列模拟器的研究与设计
臧小杰，段泽鹏
（中国民航大学航空自动化学院，天津300300）
摘要：文中提出了一种基于可编程电源的光伏阵列模拟器实现方法，通过Matlab 对其各种环境下的模型进行仿真，得到U-I 特性曲线，对其进行分段拟合，并通过开发上位机软件，实现对可编程电源的控制，使其输出电压和电流跟踪该伏安特性曲线，从而实现模拟光伏阵列的功能。最终通过实验，验证了模拟系统的可行性与有效性。关键词：光伏阵列；模拟器；可编程电源；分段拟合；VB 中图分类号：TN99
文献标识码：A
文章编号：1674－6236（2014）18-0156-04
Research and design of solar array simulator
ZANG Xiao 鄄jie ，DUAN Ze 鄄peng
（College of Aviation Automation ，Civil Aviation University of China ，Tianjin 300300，China ）
Abstract:This paper presents a design method of solar array simulator based on a Programmable Power Supply （PPS ）.Simulation models for solar array under different Matlab environment are built up to obtain the U-I characteristics curves of the models.Then Using segmented curve 鄄fitting technique and developing PC software to control the PPS tracking the curves.In this way ，the functions of a solar array simulator are achieved by the PPS.Finally ，the experimental results verify the feasibility and thevalidity of this solar array simulation system.
Key words:solar array ；simulator ；programmable power supply ；segmented fitting ；VB
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