Bezier函数和混合控制的光伏模拟器优化设计

对当前光伏电池模拟器存在的误差、纹波和响应时间难以兼顾的问题,从I-U曲线建模、硬件参数优化和控制策略改进3个关键环节入手,提出了一种新的光伏电池模拟器设计方法。首先,利用两条平滑连接二阶Bezier曲线拟合光伏电池的输出特性;其次,采用正态分布配置特性曲线不同点的权重,构建了基于Buck变换器电压输出纹波和阻尼系数的多目标函数,借助粒子群算法求解出整个电压域内电感和电容的优化结果;再次,设计了以最大功率点为分界点的电压和电流混合控制策略。最后,搭建了硬件试验平台。结果表明,所设计的光伏模拟器响应时间小于7 ms,电压和电流的误差均不超过1.7%,有效地兼顾了精度与响应时间,减少了输出电压纹波。

光伏模拟器的设计

本文为了更好的在实验室中开展光伏系统的相关研发工作,提出了一种基于ZVCS变换器和BUCK组合的拓扑结构组合的光伏模拟器,ZVCS变换器作为光伏模拟器的整流器可以高效地运行,BUCK电路采用双闭环控制策略,消除了控制延时的影响。在进行光伏模拟器负载工作点跟踪策略控制上平抛运动模型,推导出了负载工作点参考电流和负载之间的函数关系式,并采用分段迭代法可以快速准确的寻找负载工作点,提升模拟器动态性能。

光伏模拟器半实物仿真平台设计与实验验证

针对难以利用实际光伏电池组成试验平台进行光伏系统研发的问题,设计并搭建了一种用于模拟光伏组件的半实物实验仿真平台。平台主要包括通用实时仿真器(UREP)、双核控制器以及由多组电压可控的IV象限变流器构成的物理装置。仿真器与Matlab/Simulink软件较好兼容,建模操作简易直观,模型可直接下载编译到仿真器运行,省去了烦琐的嵌入式开发过程。控制器采用双核技术,在发送控制信号的同时可对电压、电流采集信号进行实时反馈。通过对光伏组件伏安输出特性进行仿真模拟,初步验证了所提实验平台的可行性。该平台通用性和实时性良好,开放程度较高。

光伏模拟器用死区消除PWM整流器运行方式

针对光伏模拟器用单相脉宽调制(PWM)整流器提出电压平方外环电流内环的控制策略,同时揭示直流侧存在2倍基波频率的纹波电压以及此纹波电压对网侧电流的影响。PWM整流器采用的基于H桥死区消除SPWM,在网侧电流非过零区域,各桥臂上下两开关管中,必定存在其中一个开关管驱动信号为低电平,而在电流过零处推导出存在的天然死区时间。由微控制器(MCU)与现场可编程门阵列(FPGA)相结合的控制系统可实现提出的运行方式。实验结果验证了理论推导的正确性以及提出运行方式的有效性。

基于推挽正激电路的数字光伏模拟器建模与控制器参数设计

针对基于推挽正激电路的数字光伏模拟器尚缺乏系统的控制器参数设计方法的问题,在介绍数字光伏模拟器总体结构及工作原理的基础上,利用状态空间平均法,建立推挽正激电路及系统的数学模型;针对负载电阻RL随系统的工作点变化导致控制器参数难以确定的问题,采用零极点对消技术和通过对以ki和RL分别为变量的根轨迹性能分析及频率特性分析,进行系统化的控制器参数设计,并进行稳态和动态性能实验验证。实验结果表明,基于状态空间平均法建模所设计的控制器参数应用到实际系统中具有良好的动态和稳态性能,使光伏模拟器具有有效工作范围宽、稳态精度高、控制性能好的优点,从而可验证所论数字光伏模拟器建模与控制器参数设计的正确性和可行性。

基于推挽正激电路和实时组态环境的光伏模拟器设计与实现

从研究小型光伏发电系统需求出发,为提高软硬件开发效率及可靠性,本着硬件模块化和软件组态化的原则,设计并实现了基于推挽正激电路和实时组态环境的小型光伏模拟器。推挽正激电路可抑制直流变换器中变压器铁心偏磁及开关管两端的关断电压尖峰,而组态软件可方便构造及调整光伏阵列、光照强度、光伏阵列本体温度等模型及参数。实验结果表明,该光伏模拟器不但可较精准地模拟不同自然条件下光伏阵列的输出特性,动态响应好,达到不依赖于太阳光照而具有实际光伏阵列输出特性较理想的模拟效果,而且可使离线仿真和在线运行统一在Matlab/Simulink平台下组态和运行,调整方便、软件开发效率高。该文的工作对于实验室研究小型光伏发电具有重要参考价值。

基于模糊PI控制的大功率光伏模拟器

针对大功率光伏模拟器控制设计的不足之处,提出一种基于模糊控制和PI控制相结合的控制方法,通过电压电流输出信号与光伏参考V-I特性相比求得误差,再经模糊PI控制器运算及SVPWM模块产生控制信号,为保证模拟器安全稳定运行,引入开路电压单独控制回路。最后通过Matlab仿真和样机实验,验证了该控制策略具有较好的动态性能和较高的稳态精度。

数字式光伏模拟器的研究与设计

为在光伏实验系统中模拟光伏电池外特性,克服自然条件下多种环境因素的复合影响和功率器件性能差异对电池输出特性的影响,实现温度、光照强度改变等条件下光伏电池真实外特性的模拟。设计了一种基于三相AC-DC整流器结构的光伏模拟器,硬件部分基于三相电压型PWM整流器,软件部分基于单二极管光伏电池模型的模拟算法,详细推导了模型参数的计算方法;采用电压电流双环控制策略,保证输出电压的跟踪精度及响应速度,并加入负载电流前馈补偿控制,提升直流电压抗扰动性能。模拟器能够精确模拟光照、温度及阴影遮挡等条件下的光伏阵列外特性,电压控制偏差为±0.001 V,响应时间为20 ms。

模糊PID控制技术在单级高PFC拓扑光伏模拟器设计中的研究应用

研究一种采用基于模糊PID控制的单级高PFC(power factor correction)拓扑光伏电池模拟器。通过这种变流器拓扑可同时实现高功率因数校正以及对实际光伏电池输出I-V特性曲线的跟踪模拟。采取Psim和Matlab/Simulink联合仿真对所设计的模拟器系统进行了仿真分析与研究。仿真结果表明,无论是在静态条件还是外界条件动态变换下该模拟器系统及其控制算法具有快速响应速度和高控制精度。与普通模糊控制算法进行了仿真对比分析,结果显示该算法具有更好的适用性。

一种电流型光伏模拟器的分析和设计

光伏模拟器是用于光伏产品实验与测试的可以模拟光伏阵列输出特性的电源。因为光伏模拟器工作时候级联光伏逆变器,而光伏逆变器的输入阻抗特性直接影响着模拟器的输出特性,在某些条件下甚至会导致其工作不稳定。论文在小信号模型下分析了光伏逆变器对光伏模拟器的影响,并给出了光伏模拟器的设计要点。设计出一种光伏模拟器控制系统,实验结果表明,所设计的光伏模拟器能够准确、快速地模拟光伏阵列特性,可以作为光伏逆变器的研发和测试电源。

MW级光伏模拟器设计及工程应用

最大功率点追踪(MPPT)效率测试影响光伏逆变器的应用,而太阳能光伏阵列受制于自然因素影响较大,无法满足逆变器生产及研发需求。此处研究可模拟光伏阵列的光伏模拟器,从硬件拓扑、控制方式方面进行阐述,并将研究成果应用于工程实际。

基于Matlab的高精度光伏模拟器的设计

以实际光伏I-V输出特性曲线为参照,将多段折线法与均值阶梯线段法相结合,可以更为精确地实现光伏电池I-V特性曲线的拟合。研究了光伏模拟器的系统结构,利用Matlab搭建了光伏模拟器的仿真模型,并通过仿真验证了光伏特性曲线拟合方法及光伏模拟器系统结构的正确性,同时依据仿真结果比较了两种光伏特性曲线拟合方法,证明了采用多段折线法与均值阶梯线段法相结合的拟合曲线具有更高的精度。

光伏模拟器的设计及仿真验证

在对光伏电池输出特性及数学模型的研究基础上,用简单的方程较为精确地实现实际光伏电池I-V特性曲线的拟合。研究了光伏模拟器的方案设计,选择Buck电路作为主电路,并将电压反馈PI控制器应用到设计中。在闭环条件下,光伏模拟器仿真模型的稳态工作点与所给定的实际光伏电池I-V特性曲线相一致,证明了所提出的光伏模拟器设计方案的可行性。

基于STM32的小功率光伏模拟器设计研究

文章研究设计了一种基于STM32单片机的光伏模拟器,该设计的拓扑结构采用Buck电路,采用查表法和PID算法相结合的控制方法,实现了小功率光伏模拟器设计。完成了系统软硬件设计和调试,对实验样机进行测试,结果表明,该设计能模拟光伏阵列的输出特性,具有成本低、稳定可靠、人机界面友好等特点,可应用于小功率太阳能照明控制器、光伏逆变器的设计开发测试场合,具有较大的参考价值和较广泛的应用前景。

基于数模混合控制的快速光伏模拟器

针对目前光伏电池最大功率点跟踪(MPPT)算法扰动频率越来越高的问题,设计了一种基于数模混合控制的快速光伏模拟器。模拟器的数字部分采用数字信号处理器(DSP)实现,所提出的算法首先使用四段折线法拟合光伏电池的伏安特性曲线,线性化的拟合结果可简化运算过程;接着采样输出电压、电流,计算出了负载阻抗;最后利用负载阻抗定位法,只用一个运算周期确定光伏模拟器的静态工作点。模拟部分主功率电路为同步BUCK,控制算法采用峰值电流控制以提高电路的响应速度,且其输出电压和电流可跟踪数字部分输出的具有光伏特性的参考值。建立模型分析模拟器的响应时间为0.22 ms,满足光伏变流器的MPPT算法要求。仿真和实验结果表明,理论分析准确,所设计的光伏模拟器具有实用性。

直流微网实验中数字式光伏模拟器的研究与开发

直流微网实验中,光伏电池必不可少,然而,光伏电池的铺设面积及输出等不确定因素使得光伏模拟器的研究成为必然。根据光伏模块的等效电路模型,并结合Simulink中的模块,搭建立了光伏电池仿真模型,根据模型的输出特性,采用了基于DSP28335控制的Buck斩波电路实现光伏特性的输出,给出了主电路及检测保护电路的设计,分析并研究了光伏跟踪的几种算法,最后给出了几种算法下的输出波形并绘制了光伏模拟器的输出特性曲线。

模拟实时工况下任意光伏阵列输出特性的光伏模拟器

针对现有光伏模拟器功能局限性,提出一种实用性更高的光伏模拟器,可模拟实时工况下任意光伏阵列输出特性。此模拟器以光伏电池四参数数字模型为基础,在确保精度的情况下简化了模型,不仅可模拟任意一种光伏阵列在标准条件下的输出特性,还可模拟不同光照和温度条件下及任意局部阴影遮挡条件下的任意光伏阵列输出特性。在MATLAB中搭建此模拟器模型进行仿真验证,结果表明在实时工况下,此模拟器能精确模拟出任意光伏阵列输出特性曲线,克服自然条件的随机性给试验带来的困难,并为光伏系统的后续研究提供了坚实基础。

基于MPPT动态搜寻算法的光伏模拟器特性分析

光伏阵列模拟器是研究光伏发电系统有效解决方案,其可以模拟光照角度及强度变化、环境温度变化等因素下光伏电池特性曲线。本文针对光伏阵列模拟器的特点,利用光伏电池外特性,建立模型数学模型,利用Matlab/Simulink建立光伏模拟器数学模型,采用PID和MPPT动态搜寻控制策略,随后针对特定光照条件下,进行模型仿真,产生IV/PV曲线。结果表明模型精度高,提高了光伏系统研究可信度。

基于MATLAB软件的光伏阵列模拟器的研究

为解决光伏发电实验对自然条件的依赖问题,提出了一个基于DSP2812控制器的光伏阵列模拟器,并给出了软硬件设计,仿真结果证明基于逐点差值比较法的双闭环分段跟踪策略可以使模拟器的输出特性非常接近光伏阵列的工程用数学模型,并具有良好的动态响应。

基于TMS320F2812和BUCK电路的光伏阵列模拟器

采用TMS320F2812DSP为控制器,BUCK电路为主电路,研究与设计了一种新型光伏阵列模拟器.模拟算法利用模拟器负载电流与阵列特性电流的差值控制BUCK电路开关的占空比,调节模拟器输出电压,使模拟器的工作点逐步逼近光伏阵列I-V特性的工作点,实现对光伏阵列输出特性的模拟.阵列的特性电流值由存贮于DSP中的工程数学模型,根据选定的不同光照量和环境温度条件计算得到.MATLAB仿真和模拟器样机的实验结果表明,本文模拟器的逼近与稳定时间约为80ms,仅为传统逐点逼近法的25%,且超调小于4%,稳态误差小于1%,均优于传统逼近法,且能够实现光伏阵列不同I-V特性曲线的完整模拟.