[01326360]太阳能电池模拟器的研制

作用意义及成果推广 在基于光伏系统的电力电子装置及其控制系统的开发中，如果以真实的太阳能电池作为实验系统的组成部分，系统的开发实验将受到自然条件的很大限制。因为光伏系统在不同的光照强度、环境温度等情况下工作特性差异很大，而现实中不同的地理位置、气候条件、时间等这些影响条件是人为无法控制的，所以采用真实的太阳能电池来进行实验开发，不仅成本很高，更会由于光照和温度的不确定性，很难获得所需要的实验数据，而且开发周期将会延长。如果实验中需要不同容量、不同电压等级的太阳能电池阵列，还必须改变阵列的连接方式，这样既不方便，又不经济。从以上可以看出，真实的太阳能电池用于研究开发有诸多不利条件。

太阳能电池阵列模拟器可以模拟在任何光照及温度下，任意组合的太阳能电池阵列的特性、负载能力与系统的性能，实现”全天候”正常工作，为实验开发创造了有利条件。所以，本项目研制的太阳能电池阵列模拟系统可以大大缩短光伏系统的研发周期，降低研发成本，提高研究效率和研究结果的可信性，成为实验室重要的研发工具。

技术原理 首先进行拓扑结构的确定和各部分电路设计，并认真选取关键元器件和对部分关键整件进行计算。

（1）拓扑结构的确定。本项目太阳能电池模拟器的结构为220V，50HZ的市电，首先通过EMI滤波、整流，再经过DC /DC Boost斩波变换，得到稳定的直流电压。主功率变换采用半桥结构的DC/AC变换电路，控制部分采用TMS320F28335和电压、电流采集电路来实现。DSP输出一定占空比的PWM波，通过控制主电路开关管的导通和关断时间，使得输出电压和电流满足太阳能电池的I-V特性曲线。

（2）主功率电路的设计。由于要从市电上取电，电源质量的好坏对后级电路有很大的影响。因此首先采用EMI滤波器来消除由电源线引进的噪声干扰，同时它还能防止系统本身产生的干扰传入到电网，污染电网。交流整流后系统的设计中在整流管和大电容之间加了一级DC-DC Boost变换电路，使之在保证稳定输出电压的同时保证输入电流波形与输入电压波形相同。

储能电感选用两个BHC系列的C=2200uF/400V的电容串联，既可以满足容值的要求，又能满足后级电路设计的需要，DC/DC采用半桥变换，输出滤波电感和电容分别选用3.3mH和25微法耐压值为800的EPCOS公司B32678型号的薄膜无极电容。

（3）控制电路的设计 采用DSP、双传感器技术实现电压电流的采集和闭环控制采用TI公司的DSP TMS320F28335作为控制器，采用基于HCPL3120的 MOSFET 驱动电路。电压采样电路采用莱姆公司的LV-P电压传感器。电流采样利用茶花公司的闭环式霍尔电流传感器 CSM100LT 对电感电流进行检测，以求达到较好的检测效果。

电流采样信号首先经过一级电压跟随器，电压跟随器具有很高的输入电阻以及很低的输出电阻，这样就能保证霍尔电流传感器的输出电流几乎全部流过采样电阻，避免了后级运放的分流造成的检测误差。

3、性能指标

（1）可模拟太阳能电池板输出特性;

（2）可模拟不同光照和温度下的I-V曲线，

（3）实现显示电压、电流、功率、时间;

（4）输入220VAC±10%，50Hz±10%;

（5）开路电压120V;

（6）短路电流6A;

（7）电源调整率±0.1%FS;

（8）纹波电压0.8%FS（满量程）电压

4、推广应用的范围、条件和前景以及存在的问题和改进意见

通过本项目的研究，了解到太阳能电池模拟器的主要原理和技术，并能根据具体的指标确定相关的参数。设计实现了利用TMS320F28335实现功率管的自动控制，具有重要的意义，研制产品在河南长通光电技术维护有限公司、河南麦科信电子技术有限公司、河南绿杨电子科技有限公司等进行了试用，能很好地满足用户的业务需求，大大提高了的效率，能够起到良好的社会效益，受到试用单位的欢迎。

同时存在一定问题，希望在以后的研究中积极探索，以便更好的、更大范围的进行推广。改进意见如下：

（1）进一步完善性能，积极探讨散热措施;

（2）进一步降低成本，提高稳定性;

（3）对功能做进一步的完善，使其适用领域更宽广;

（4）进一步加强成果推广。