[发明专利]一种数字式光伏阵列模拟器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种数字式光伏阵列模拟器及其控制方法。光伏阵列模拟器包括，功率变换模块的输入端连接到直流电源，输出端为光伏阵列模拟器的输出端，且输入端与输出端之间电气隔离；控制模块包括依次连接的A/D转换单元、参考电压/电流计算单元和脉冲宽度调制单元，其中，A/D转换单元的输入端通过信号调理模块连接到功率变换模块的输出端，脉冲宽度调制单元的输出端通过开关驱动模块连接到功率变换模块的控制端。本发明的有益效果在于，能够模拟任意环境条件下光伏阵列输出特性、可全天候进行光伏发电系统研究；控制方法将光伏阵列的数学模型分为两个区段，在不同的区段采用不同的输出特性函数，能够更精确地模拟光伏阵列的输出特性。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别是一种数字式光伏阵列模拟器及其控制方法，主要 应用在光伏行业，模拟光伏阵列的输出特性。

背景技术

光伏发电是当前利用太阳能的主要方式之一，也是研究的热点。光伏阵列是将太阳能转 换为电能的，是光伏发电系统中极其重要的构成部件。光伏阵列的输出电压-电流关系随光照 强度、环境温度等参数呈现明显的非线性特性。在实际的研究和调试中，采用光伏阵列往往 受到环境因素的限制，难以直接使用。因此，光伏阵列模拟器就成了必不可少的实验工具。 光伏阵列模拟器的功能是模拟任意光照及温度、任意功率要求条件下的光伏阵列输出特性。 传统的光伏阵列模拟器常采用仿日照灯模拟光源的方法，这种方法制作复杂，成本高，能量 损耗大。

随着电力电子技术的发展，单片机作为主控器件的数字式光伏阵列模拟器得到广泛的研 究。从控制算法的角度，现有数字式光伏阵列模拟器主要通过单片机等控制器的控制使开关 变换器的输出电压、电流满足光伏特性曲线，并通过存储多条光伏电池输出特性曲线数据的 方法实现光伏阵列输出特性曲线的改变。其主要缺点是：需要大容量存储器来存储不同环境 下光伏阵列的输出特性数据，成本较高；无法模拟任意环境条件的光伏阵列输出特性。从电 路结构的角度，现有的光伏模拟器多采用非隔离的开关变换器作为功率变换电路，当用于多 模拟器串联/并联的系统中时会出现不稳定，也有采用隔离型开关变换器拓扑的数字式光伏阵 列模拟器，但其结构复杂，成本较高。从可视化和可观测的角度，现有的数字式光伏阵列模 拟器缺乏简单直观的人机交互系统，无法实时监测和改变模拟器的输出特性。

发明内容

本发明的目的是提供一种数字式光伏阵列模拟器及其控制方法。

实现本发明目的的技术方案如下：

一种数字式光伏阵列模拟器，包括功率变换模块、信号调理模块、控制模块和开关驱动 模块；所述功率变换模块的输入端连接到直流电源，输出端为光伏阵列模拟器的输出端，且 输入端与输出端之间电气隔离；所述控制模块包括依次连接的A/D转换单元、参考电压/电流 计算单元和脉冲宽度调制单元，其中，A/D转换单元的输入端通过信号调理模块连接到功率 变换模块的输出端，脉冲宽度调制单元的输出端通过开关驱动模块连接到功率变换模块的控 制端。

进一步地，所述控制模块还包括通信单元，通信单元分别连接到A/D转换单元和参考电 压/电流计算单元；所述通信单元还通过通信模块连接到人机交互模块。

进一步地，所述功率变换模块为隔离型Cuk变换器。

一种数字式光伏阵列模拟器的控制方法，包括

步骤1：设定模拟器的开路电压V_oc和短路电流I_sc，拟合得到所述模拟器的输出特性曲线；

步骤2：设定分段点，将输出特性曲线分为以电流模式输出的区段I和以电压模式输出的区段 II；

步骤3：采样得到模拟器的输出电压V_o和输出电流I_o，如输出电压V_o小于分段点的电压值， 则令模拟器工作于区段I，否则令模拟器工作于区段II；

所述模拟器工作于区段I，包括