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1 引言
太阳能光伏发电是世界上节约能源、倡导“绿色电力”之一种主要之高科技术产业。阳光电子学校维修专家分析认为:光伏发电产业目前在中国及世界各国正以前所未有之速度迅猛发展,但对于光伏发电系统之研究,若采用真实之光伏电池试验,由于太阳能电池价格昂贵,以及受天气、温度、日照之影响等一系列问题会受到很大之限制,因此研究出能够在室内进行各种光伏实验,不受外界环境因素之影响按照光伏电池之I—U特性输出之模拟器,是很有必要之[3].此文详细之介绍了一种光伏电池模拟器之设计方法,并在实验中证明了此方法之可行性。阳光电子学校维修专家分析认为:
2 光伏电池之数学模型[1]
光伏电池之数学模型是此光伏电池模拟器实现之基础,由图1可以看出光伏电池I—U 特性具有很强之非线性。阳光电子学校维修专家分析认为:
3 光伏电池模拟器之系统装置结构
模拟器之系统装置结构主要括整流滤波电路、BUCK变换电路、采样检测电路、DSP控制电路及光耦驱动电路。阳光电子学校维修专家分析认为:BUCK变换电路完成DC/DC之转换,主要使输出具有光伏电池I-U特性这种很强之非线性关系;控制电路采用DSP处理器输出多路不同占空比之PWM完成对BUCK电路中之IGBT通断之控制,使其输出符合光伏电池之I-U特性;采样检测电路用于实时采样检测外电路之电流电压,用于反馈采集控制电路所需要之信息。阳光电子学校维修专家分析认为:在BUCK电路中由电流传感器(LA28-NP)和电压传感器(LV28-P)分别采集检测电流和电压,传送给DSP控制电路。阳光电子学校维修专家分析认为:
3.1 BUCK变换电路
电路中BUCK变换器之开关器件需要采用IGBT开关管进行控制,如果采用单独之IGBT开关管再加上续流二极管,势必会使得变换器之体积增大,即加大了设计之复杂性又增加成本。阳光电子学校维修专家分析认为:而采用IPM智能模块就可以很方便之节约成本和减少体积。阳光电子学校维修专家分析认为:此设计选用之是三菱公司型号为75CLA060之IPM智能模块,它内部具有低功耗、软开关、高性能及拥有过热保护之高可靠性IGBT。阳光电子学校维修专家分析认为:内置有过电流保护、短路保护、控制电压欠压保护、过热保护及外部输出警报端口。阳光电子学校维修专家分析认为:用这样之模块作为BUCK变换器之功率器件,大大简化了硬件电路之设计,缩小了电源体积,简化了接线,缩短了开发周期,更主要之是,它提高了系统之安全性和可靠性,而且可以减小由分立元件实现所带来之电平波形不对称之问题。阳光电子学校维修专家分析认为:
3.2 DSP控制部分
控制电路作为该变换器之大脑部分,其功能为完成脉宽调制波(PWM波)之生成。阳光电子学校维修专家分析认为:该系统所选用之DSP芯片为TMS320LF2407,此芯片具有低成本、低功耗、高性能之处理能力。阳光电子学校维修专家分析认为:每片LF2407具有两个事件管理器(EVA, EVB),并且每个事件管理器都具有2个通用定时器,8个16位PWM通道,可以方便地产生三相PWM波,对功率开关器件进行PWM控制[2]。阳光电子学校维修专家分析认为:DSP之主要功能是由反馈回来之电压和电流 终生成控制BUCK变换电路之PWM波,在软件设计上完成此功部分,其任务是根据BUCK电路中之实时情况采样电流,电压,完成A/D转换,由数学模型计算出之参考电压,与采集到之电压进行比较,当参考电压大于采集到之电压时,那么调节PWM占空比使电流增大,则参考电压减小,采集电压增大, 终使参考电压与采集电压接近相等,此时PWM占空比不变;当参考电压小于采集到之电压时,与之相反。阳光电子学校维修专家分析认为:由差值产生不同占空比之PWM信号以及动态调整占空比之值以改变PWM之波形来控制BUCK电路中之开关器件之通断,目之使差值接近零,使其按照光伏电池I-U之特性输出。阳光电子学校维修专家分析认为:
3.3 驱动电路
驱动电路是电力电子主电路与控制电路之间之接口,作用是将输出信号隔离放大,并驱动功率晶体管。阳光电子学校维修专家分析认为:DSP控制电路产生之PWM信号先通过驱动电路,然后控制IGBT开关管之通断状态。阳光电子学校维修专家分析认为:为了电磁兼容性考虑,驱动电路之输入和输出是相互隔离之。阳光电子学校维修专家分析认为:控制信号先通过线性光耦HCPL-0466然后控制IGBT开关管之通断状态。阳光电子学校维修专家分析认为:当故障发生时,IGBT模块之故障检测信号Fo先通过TLP181光耦然后再送到DSP,可以将外部控制或保持PWM信号之芯片封锁,关断所有之PWM信号输入,即可保护IGBT。阳光电子学校维修专家分析认为:HCPL-0466是专门用于IPM或IGBT/MOSFET之隔离和驱动之线性光耦。阳光电子学校维修专家分析认为:
4 实验仿真及结果
DSP控制程序之编写和调试采用闻亭公司TDS510 USB2.0型仿真开发系统,在TI公司CC‘C2000仿真环境调试下完成之。阳光电子学校维修专家分析认为:图5为在日照1000W/m2,温度
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