14

电工电气

电工电气

 

   (2012 No.5)

V

oc

=29.4 V，短路电流

I

sc

=8.15 A，最大功率点电压

V

m

=23.8 V，电流

I

m

=7.15 A，为提高模拟器的输出功

率，所涉及的模拟器为两个SPG1786T-02E模块的串

联阵列形式。图1为当光伏电池温度为25 ℃，光照

强度分别为1 000、850、700 lx时的

I

-

V

特性曲线，图

2为当光照强度为1 000 lx，光伏电池温度分别为

40、25、10℃时的

I

-

V

特性曲线。

由图1、图2可知，光伏模块的输出特性与光照

强度和电池温度有很大的关系：当温度不变时，随

着光照强度的增大，光伏模块开路电压基本不变，而

短路电流增大，最大功率也随之增大；当光照强

度不变，随着温度的升高，光伏模块开路电压减

小，短路电流略有上升，但变化不大，因此最大

功率也在减小。

2  光伏模拟器设计

2.1 模拟器结构

图3所示为模拟器的结构框图，主要由功率电

路和控制电路两部分组成。功率电路由一个经典的

Buck斩波器构成，其电路结构图如图4所示，根据

其输入电流较小且输入阻抗大的特点，其开关器件

选为MOSFET管，Buck电路输入输出电压的关系为：

V

o

=

D

×

V

in

。

本系统所选的控制器为TMS320F2812，其具有

强大的数据处理能力，并提供了多种控制系统使用

的外围设备，具有精度高、速度快等特点，适合控

制领域。Buck电路输出的电压和电流经过互感器和

采样处理电路，反馈到DSP的输入端，经过一定的

算法，调整DSP中PWM模块输出端的值，通过驱动电

路来控制MOSFET管的开通或者关断，从而调整输出

端的电压和电流根据光伏模块的输出特性变化。

2.2 软件设计

在太阳能电池阵列模拟器中工作点的确定是个

重要的环节。模拟器的工作点也就是当带一定负载

的时候，负载特性曲线与光伏特性曲线的交点，对

于不同的负载，它们的伏安特性不同，与太阳能电

池阵列特性曲线的交点自然也不同，控制模块就是

要在一特定负载下快速寻找到期望工作点，并使电

源工作在这个点上，当负载变化时，或是环境条件

变化时，又迅速找到新的工作点，并且快速而精确

地控制电源运行在这个工作点上。

对于光伏特性曲线与负载曲线交点的求解在文

献中有很多种处理方案

[3-5]

，其中最常见的是迭代

法，本文所选用的是逐点差值比较法，它也是一种

迭代法，基本原理是以相同的迭代步长、相同的迭

图1 光伏阵列在不同光照强度下的

I-V特性曲线

图2 光伏阵列在不同温度下的

I-V特性曲线

9

0

1

2

3

4

5

6

7

8

10

20

30

40

50

60

电压/

V

电流/

A

S

1

=1 000 lx

S

2

=850 lx

S

3

=700 lx

电压/

V

电流/

A

9

0

1

2

3

4

5

6

7

8

10

20

30

40

50

60

70

T =40 ℃

T =25 ℃

T =10 ℃

图3 光伏阵列模拟器结构

E

VT

1

L

C

d

D

C

o

R

o

图4 功率电路结构图

基于MATLAB软件的光伏阵列模拟器的研究

滤波
电路

驱动电路

直
流
源

Buck

斩波
电路

采集处
理电路

TMS320F2812控制器

R