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基于FPGA的数字式光伏阵列模拟器的研究

系统仿真学报 2014年第4期26卷 817-822页

作者：于飞张强刘喜梅王红蛟青岛科技大学自动化与电子工程学院青岛266042

针对现有的光伏阵列模拟器存在的缺陷,提出了一种基于FPGA的数字式光伏阵列模拟器。该模拟器可以模拟不同拓扑结构的光伏阵列在局部温度及辐照度参数不均衡条件下的输出I/V特性。首先在Matlab/Simulink中建立了光伏阵列的仿真模型及基... 详细信息

针对现有的光伏阵列模拟器存在的缺陷,提出了一种基于FPGA的数字式光伏阵列模拟器。该模拟器可以模拟不同拓扑结构的光伏阵列在局部温度及辐照度参数不均衡条件下的输出I/V特性。首先在Matlab/Simulink中建立了光伏阵列的仿真模型及基于模糊PID控制器硬开关电源电路的光伏阵列模拟器模型。之后搭建了基于System Generator的硬件在环仿真平台,对FPGA控制器进行了硬件在环设计及仿真验证,克服了单纯软件仿真的缺点,极大地减少了开发过程的时间。最后完成了光伏阵列模拟器的实验测试,结果证明该模拟器能够良好地再现现场环境中光伏阵列的输出特性。

关键词：光伏阵列模拟器参数可配置模糊PID控制器硬件在环仿真

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基于平抛运动模型的数字式光伏阵列模拟器

华东电力 2011年第3期39卷 468-473页

作者：傅望周林郭珂刘强代璐重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室重庆400030

提出了一种新的光伏电池数学模型方程,推导出了两个重力场下的质点平抛运动轨迹方程来表达光伏电池I-V输出特性。将该模型的计算数据和真实光伏阵列实测数据进行了对比和相对误差分析,结果表明该模型能满足工程精度的要求,其计算量小,... 详细信息

提出了一种新的光伏电池数学模型方程,推导出了两个重力场下的质点平抛运动轨迹方程来表达光伏电池I-V输出特性。将该模型的计算数据和真实光伏阵列实测数据进行了对比和相对误差分析,结果表明该模型能满足工程精度的要求,其计算量小,弥补了传统指数模型计算量大的缺点。根据提出模型不含指数运算且为R显函数的特点,推导出了负载工作点电流Iref与负载R的函数关系式,为光伏阵列模拟器的控制器更快地提供准确的参考值,并设计了一个光伏阵列模拟器来验证该模型和算法的正确性。用RT-LAB半实物仿真平台进行了实验,结果表明:该数字式光伏阵列模拟器能完成其模拟功能,并具有良好的动态性能。

关键词：光伏发电平抛运动光伏阵列模拟器 RT-LAB

基于MSP430和组态王的光伏阵列模拟器的设计

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电测与仪表 2017年第6期54卷 49-54页

作者：公茂法王万乐李志樊淑娴冯洁山东科技大学电气与自动化工程学院山东青岛266590

在进行现场试验时,无法在短时间内得到光伏阵列随环境变化的输出特性。为了解决这个问题,根据光伏阵列的物理模型建立了光伏阵列数学模型,并且使用Simulink软件仿真验证了模型的正确性,在此基础上,采用MSP430芯片作为主控芯片,组态王软... 详细信息

在进行现场试验时,无法在短时间内得到光伏阵列随环境变化的输出特性。为了解决这个问题,根据光伏阵列的物理模型建立了光伏阵列数学模型,并且使用Simulink软件仿真验证了模型的正确性,在此基础上,采用MSP430芯片作为主控芯片,组态王软件作为上位机软件设计了一种光伏阵列模拟器,通过输入不同的光照强度、环境温度等外部环境条件寻找工作点,控制斩波电路的输出电压,模拟不同环境条件下光伏阵列的输出特性。

关键词：光伏阵列模拟器仿真 MSP430 组态王

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基于XC164的数字式光伏阵列模拟器研制

电气应用 2007年第12期26卷 63-66页

作者：韩珏李欣林平胡长生浙江理工大学机械与控制学院自动化研究所 310018 浙江大学电气工程学院 310027

根据硅太阳能电池的物理特性,分析了模拟器的数学模型,研制了基于英飞凌XC164的数字式光伏阵列模拟器。该模拟器选择正激变换器作为主电路拓扑,英飞凌公司的XC164单片机作为控制器,采用了寻找负载工作点的优化算法。试验表明,该模拟器... 详细信息

根据硅太阳能电池的物理特性,分析了模拟器的数学模型,研制了基于英飞凌XC164的数字式光伏阵列模拟器。该模拟器选择正激变换器作为主电路拓扑,英飞凌公司的XC164单片机作为控制器,采用了寻找负载工作点的优化算法。试验表明,该模拟器能够较为精确地模拟出在各种环境条件下,光伏阵列的U-I输出曲线,并且具有良好的动态响应能力。

关键词：光伏阵列模拟器拉格朗日插值法逐点差值比较法XC164正激变换器

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光伏阵列模拟器的设计及其跟踪策略

仪器仪表用户 2007年第6期14卷 83-84页

作者：张崇巍朱丽合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009

光伏阵列模拟器可为光伏发电设备进行全天候测试提供理想的试验平台,论文在阐述光伏阵列模拟器意义的基础上介绍了一个独立光伏阵列模拟器的设计。该设计采用80C552设计了装置的控制器并以DC/DC环节作为跟踪控制的手段。论文较为详细地... 详细信息

光伏阵列模拟器可为光伏发电设备进行全天候测试提供理想的试验平台,论文在阐述光伏阵列模拟器意义的基础上介绍了一个独立光伏阵列模拟器的设计。该设计采用80C552设计了装置的控制器并以DC/DC环节作为跟踪控制的手段。论文较为详细地阐述了光伏阵列模拟器采用的沿负载线逼近I-V曲线的跟踪策略。

关键词：光伏发电光伏阵列模拟器非线性 I-V曲线负载线

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基于DSP的光伏阵列模拟器的研究与实现

基于DSP的光伏阵列模拟器的研究与实现

作者：李昊阳中原工学院

学位级别：硕士

光伏阵列作为光伏系统的重要组成部分,是最大功率点追踪、光伏并网逆变器和光伏充电站等光伏系统关键技术研发的基础。实际光伏阵列输出特性容易受到外界环境影响,实验阶段难以发挥其作用,采用光伏阵列模拟器能缩短光伏发电设备的研发周... 详细信息

光伏阵列作为光伏系统的重要组成部分,是最大功率点追踪、光伏并网逆变器和光伏充电站等光伏系统关键技术研发的基础。实际光伏阵列输出特性容易受到外界环境影响,实验阶段难以发挥其作用,采用光伏阵列模拟器能缩短光伏发电设备的研发周期,降低研发成本,提升研发效率。本文首先介绍了光伏产业发展现状,明确了光伏阵列模拟器的研究价值与意义;提出了一种光伏电池输出特性模拟的方法,降低了分段拟合时端点选择的困难;通过对失配情况下旁路二极管与隔离二极管导通状态的分析推导,建立了一种考虑二极管管压降的光伏阵列数学模型,实现全天候模拟;对光伏阵列的典型故障进行分析,提出了一种开路、短路和老化故障下的光伏阵列模型,实现光伏阵列典型故障模拟。其次,对模拟器拓扑结构与控制策略进行设计和优化。针对移相全桥ZVS工作过程进行了分析,推导了超前臂和滞后臂实现ZVS的条件;分析了次级整流管结电容谐振的过程,并采用Tr-Lag型箝位二极管抑制谐振尖峰;为了提升模拟器效率,采用同步整流MOS管代替整流二极管,并对同步整流MOS管三种工作状态的驱动波形与选择条件进行了分析;针对不同模拟对象提出了不同控制模式,对ZVS移相全桥变流器进行小信号建模,采用PI补偿网络进行环路补偿;对ADC采样造成的延迟进行优化,减少了系统控制延迟。最终以TMS320F28335为核心搭建了硬件平台,并利用PSIM实现了CCS工程的代码生成;提出了一种基于电能变换系统测试用隔离测量模块的设计方案,降低了测试成本,提高了测试精度。在此实验平台上进行了模拟均匀光照和失配现象下光伏阵列输出特性的实验,验证了所设计拓扑结构与控制策略的可行性。

关键词：光伏阵列模拟器全天候模拟 ZVS移相全桥 TMS320F28335 隔离测量模块

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数字式光伏阵列模拟器研究

数字式光伏阵列模拟器研究

作者：傅望重庆大学

学位级别：硕士

光伏发电是当前利用太阳能的主要方式之一,具有良好的发展前景。光伏阵列是光伏发电系统中的核心部件,目前对光伏发电的应用仍主要处于研究阶段。在研发环境下:大功率的光伏阵列非常昂贵,投资大;且自然条件下,太阳光辐射持续变化,导致... 详细信息

光伏发电是当前利用太阳能的主要方式之一,具有良好的发展前景。光伏阵列是光伏发电系统中的核心部件,目前对光伏发电的应用仍主要处于研究阶段。在研发环境下:大功率的光伏阵列非常昂贵,投资大;且自然条件下,太阳光辐射持续变化,导致实验室中难以开发和试验。为了在实验室内方便对光伏发电相关技术进行研究,国内外学者提出光伏阵列模拟器这一概念并研发了试验样机和产品,用以模拟实际光伏阵列的输出特性,替代光伏阵列来作为光伏发电技术研究的硬件基础。论文首先综述了各种类型的光伏阵列模拟器,包括早期出现的模拟式光伏阵列模拟器和目前研究较多的数字式光伏阵列模拟器。从光伏阵列模拟器的类型和原理出发,归纳总结了各种模拟器的特点和应用场合,指出在环境变化或负载变化时提高模拟器的输出准确度和实时响应速度具有理论和现实意义。数字式光伏模拟器的基本原理是按照光伏电池数学模型I-V参考数据输出的开关电源,参考数据准确快速地生成是提高模拟器性能的主要手段。目前误差较小的指数模型存在运算量大的缺点,不易较快地生成开关电源所需的参考信号。所以本文提出了一种新的光伏电池数学模型方程:推导出了三个重力场下的质点平抛运动轨迹方程来表达光伏电池I-V输出特性。对模型数据和实测数据进行了误差分析,结果表明新模型能满足工程精度的要求;其计算量小,弥补了传统指数模型计算量大的缺点。其次是改进了传统的负载工作点跟踪算法,根据新模型不含指数运算且为R显函数的特点,推导出了负载工作点电流I与负载R的函数关系式,为光伏阵列模拟器的控制器更快地提供准确的参考信号,并设计了一个光伏阵列模拟器来验证该模型和算法的正确性。通过在MATLAB/SIMULINK环境下对所设计的数字式光伏阵列模拟器进行了仿真,证明了前期工作的可行性,为了进一步验证电池模型和改进算法对数字式光伏阵列模拟器性能的影响效果,本文用RT-LAB半实物实时仿真平台进行了实验,本实验主电路部分用硬件实现,控制部分在RT-LAB实时仿真器建模实现。实验结果表明:该数字式光伏阵列模拟器能完成其模拟功能,并具有良好的动态性能。

关键词：光伏发电光伏阵列模拟器数学模型平抛运动 RT-LAB

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一个光伏阵列模拟器的设计

一个光伏阵列模拟器的设计

作者：朱丽合肥工业大学

学位级别：硕士

太阳能是当前可再生能源开发的主要领域之一。在光伏系统的研发中，如果以真实太阳能电池组成试验平台，将受到环境的限制而难以对光伏设备进行全天候的测试。作为一种新型特种电源，光伏阵列模拟器可以通过跟踪控制模拟光伏阵列在任意... 详细信息

太阳能是当前可再生能源开发的主要领域之一。在光伏系统的研发中，如果以真实太阳能电池组成试验平台，将受到环境的限制而难以对光伏设备进行全天候的测试。作为一种新型特种电源，光伏阵列模拟器可以通过跟踪控制模拟光伏阵列在任意工况下的输出特性，从而为光伏设备提供全天候的试验平台，达到缩短研发周期，提高研发效率的目标。论文对太阳能电池的数学模型及其以Ⅰ—Ⅴ曲线表达的外特性进行了分析，并得到Ⅰ—Ⅴ曲线以显式表达式表示的工程算法，为数字式光伏阵列模拟器的开发奠定了基础。光伏阵列模拟器在硬件上是一个基于80C552的控制器和一个基于正激DC／DC环节的组合，论文介绍了该设计的一些细节。在控制策略的研究上，论文采用了沿负载线逼近Ⅰ—Ⅴ曲线的跟踪策略。基于上述设计，最终实现的数字光伏阵列模拟器可模拟任何型号的光伏阵列在任何工况下的输出特性，从而为光伏发电设备提供全天候的试验平台。

关键词：光伏发电光伏阵列模拟器非线性 I—V曲线负载线

基于FPGA的数字式光伏阵列模拟器研究与设计

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基于FPGA的数字式光伏阵列模拟器研究与设计

作者：张强青岛科技大学

学位级别：硕士

为了能够对光伏逆变器的特性进行考量,光伏阵列模拟器的研究成为光伏产业研究的一个重大课题。光伏阵列模拟器是用来在实验室环境下模拟实际光伏电池阵列输出电流电压特性的设备。通过此设备,可极大地减小光伏逆变器设计及型式试验的时... 详细信息

为了能够对光伏逆变器的特性进行考量,光伏阵列模拟器的研究成为光伏产业研究的一个重大课题。光伏阵列模拟器是用来在实验室环境下模拟实际光伏电池阵列输出电流电压特性的设备。通过此设备,可极大地减小光伏逆变器设计及型式试验的时间和资金开销。国外光伏阵列模拟器的研究早在上世纪九十年代已经展开。得益于国家新能源战略的开展,国内光伏阵列模拟器的研究也已经起步,并取得了一些成就。但是,目前大多数光伏阵列模拟器的研究还停留在比较简单的模拟方式。适应实际工业需求,能够模拟各种不同工况条件的光伏阵列工作特性的模拟器研究尚需进一步开展。本文首先阐述了光伏阵列模拟器研究的发展历史及研究现状,研究了光伏阵列的运行机理并进行了数学建模。其次,本文重点分析了基于开关电源的数字式光伏阵列模拟器的工作原理,通过Matlab/Simulink仿真研究,证明了基于FPGA的数字式光伏阵列模拟器研究与设计的可行性。最后通过基于RT-LAB的硬件在环仿真验证及光伏阵列模拟器的电路设计与验证,证明了基于FPGA的新型数字式光伏阵列模拟器相对于以往光伏阵列模拟器的优越性。本课题提出的基于FPGA的数字式光伏阵列模拟器不仅能够适应模拟不同拓扑结构的光伏电池阵列,同时可以模拟在给定拓扑结构下局部温度及局部辐照度参数的光伏电池阵列。经验证,本文提出的方案具备极好的光伏特性,能够满足不同情况下对光伏逆变器的考量。

关键词：光伏阵列模拟器拓扑结构可变局部参数可变