基于BUCK电路的数字式光伏阵列模拟器设计研究

数字式光伏阵列模拟器的设计研究 本文主要研究了数字式光伏阵列模拟器的设计，以解决当前光伏电池造价高、研究成本高的问题。该模拟器采用BUCK电路为基础，使用ARM控制，并加入了PI控制方式来改善系统动态性能和稳态精度。同时，文中还采用四折线法来对光伏电池阵列的特性曲线进行分段拟合，并进行了仿真验证。 知识点1：太阳能电池板伏安特性曲线 太阳能电池板伏安特性曲线是指太阳能电池板输出I-U特性曲线随日照、温度的变化情况。该曲线是太阳能电池板模拟器需要模拟的目标。文中提到，太阳能电池板模拟器需要能够模拟出不同温度、不同光照下的各种曲线，并根据设定的日照强度和温度来计算确定输出哪一条曲线。 知识点2：太阳能电池板的工程数学模型 太阳能电池板的工程数学模型是指电池板出厂时都会给出短路电流、开路电压、最大功率点电流和电压这四个参数（ISC、VOC、Im和Vm）。这些参数符合一定的公式，可以将太阳能电池板的I-U特性曲线转换为便于工程计算的形式。 知识点3：系统原理 本系统的原理框图包括直流稳压电源、BUCK降压电路、控制电路和输出负载。系统的工作流程是：直流稳压电源提供150V的恒定电压输出，然后通过BUCK降压电路把电压加在输出负载上，以实时采集负载两端的电压和电流，再经过控制电路的控制算法改变BUCK电路的PWM占空比，以把输出电压和电流控制在预想的I-U曲线上。 知识点4：系统控制策略 系统控制策略是指在某一环境条件下，电池板的输出伏安特性曲线只有确定的一条。采集系统输出的电压电流，就可以得到输出负载的大小。其负载线与输出I-U曲线的关系可以通过控制电路的控制算法来实现。 知识点5：数字式光伏阵列模拟器的设计目标 数字式光伏阵列模拟器的设计目标是设计一种成本较低，能够代替实际光伏电池阵列来进行各种光伏实验的太阳能电池模拟器。该模拟器需要能够模拟出不同温度、不同光照下的各种曲线，并根据设定的日照强度和温度来计算确定输出哪一条曲线。 知识点6：BUCK电路的应用 BUCK电路是本系统的核心组件之一。其主要作用是将直流稳压电源的输出电压降低到输出负载所需的电压水平，以实现对输出电压和电流的控制。 知识点7：ARM控制器的应用 ARM控制器是本系统的控制中心。其主要作用是将存储在数据表中的曲线数据读取出来，并根据当前的环境条件来计算确定输出哪一条曲线。 知识点8：PI控制方式的应用 PI控制方式是本系统的一种控制策略。其主要作用是改善系统的动态性能和稳态精度，并使得系统能够更好地模拟出太阳能电池板的伏安特性曲线。 知识点9：四折线法的应用 四折线法是本系统中的一种曲线拟合方法。其主要作用是将光伏电池阵列的特性曲线分段拟合，以便于后续的模拟和计算。