專利名稱：一種智能光伏仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新能源領(lǐng)域半實(shí)物仿真系統(tǒng)，尤其是涉及一種智能光伏仿真實(shí)驗(yàn) 系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
針對當(dāng)前能源日益緊張和環(huán)保問題日益突出的問題，太陽能作為可再生能源采用 并網(wǎng)發(fā)電的方式向電網(wǎng)補(bǔ)充電能已經(jīng)成為當(dāng)前世界開發(fā)新能源技術(shù)的研究熱點(diǎn)。然而一方 面由于初始投資成本大，經(jīng)濟(jì)回報(bào)周期長等原因，現(xiàn)有光伏并網(wǎng)系統(tǒng)除了作為國家大型樣 板工程，依靠國家補(bǔ)貼才能施工應(yīng)用之外，作為戶用發(fā)電設(shè)備還難以推廣。另一方面，各高 校、科研機(jī)構(gòu)及光伏生產(chǎn)廠家為了科研及研發(fā)需要建立的光伏實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)多由實(shí)物構(gòu)成，不 僅成本高，而且功能有限，難以發(fā)揮出最大效用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種成本低、功能多 樣、性價比高的智能光伏仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種智能光伏仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特 征在于，該系統(tǒng)由光伏電池陣列仿真系統(tǒng)，光伏逆變器和并網(wǎng)測試單元組成，所述的光伏電 池陣列仿真系統(tǒng)包括直流電源、PC機(jī)、A/D和D/A轉(zhuǎn)換卡，所述的光伏逆變器包括逆變器、 LCL濾波器和數(shù)字控制器，所述的并網(wǎng)測試單元包括電能分析儀、數(shù)字示波器和配電網(wǎng)，所 述的直流電源與逆變器相連并由集成有A/D和D/A轉(zhuǎn)換卡的PC機(jī)控制，所述的數(shù)字控制器 與集成有A/D和D/A轉(zhuǎn)換卡的PC機(jī)相連，所述的逆變器通過LCL濾波器與配電網(wǎng)相連，所 述的電能分析儀與數(shù)字示波器共同連接在逆變器靠近配電網(wǎng)側(cè)。所述的直流電源通過PC機(jī)控制可以模擬在不同光照、溫度、陰影條件下的光伏電 池板陣列輸出，避免實(shí)際光伏電池板陣列構(gòu)建的高成本及其運(yùn)行環(huán)境受到實(shí)際運(yùn)行條件制 約的缺陷，可以測試不同的最大功率追蹤(MPPT)算法。所述的A/D和D/A轉(zhuǎn)換卡采集測量系統(tǒng)電壓和電流數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生電壓和電流控制
參考信號。所述的光伏逆變器由單相或三相逆變器模塊組成，用以測試單相或三相逆變器的 各種控制功能。所述的光伏逆變器的控制系統(tǒng)由PC機(jī)和DSP卡組成。所述的數(shù)字控制器采用TMS320f2812評估板實(shí)現(xiàn)，主要控制芯片是一個32位定點(diǎn) 計(jì)算的DSP處理器。本發(fā)明提供一種半實(shí)物仿真的智能光伏實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其能夠模擬在不同光照不同溫 度不同陰影條件等運(yùn)行環(huán)境下的光伏電池板陣列，測試不同的最大功率追蹤算法；同時還 能運(yùn)行三相或者單相并網(wǎng)逆變器；可以測試不同的控制策略以及不同的孤島效應(yīng)檢測算 法，可以最大限度地提高實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的功能多樣性和性價比。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下的優(yōu)點(diǎn)(1)采用直流電源通過PC機(jī)控制模擬在不同光照、溫度、陰影條件下的光伏電池 板陣列輸出，避免實(shí)際光伏電池板陣列構(gòu)建的高成本及其運(yùn)行環(huán)境受到實(shí)際運(yùn)行條件制約 的缺陷，并可以不受時間地點(diǎn)等條件制約隨時全天候進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)。(2)以PC Windows作為開發(fā)環(huán)境，以DSP芯片(TMS320f2812)為目標(biāo)控制器，可配 合DSP的商品化產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢更換升級。(3)采用C語言或組合語言編寫控制程序，并直接將程序燒錄到目標(biāo)控制器進(jìn)行 實(shí)驗(yàn)測試。通過PC可對控制器內(nèi)的任一參數(shù)或變量進(jìn)行在線調(diào)整。(4)可自建程序庫(library)，以模組化方式發(fā)展控制程序。(5)以RS-232(或RS485)作為PC和DSP之間的通信接口。(6)內(nèi)建多功能多頻道的數(shù)字示波器，提供多種方法顯示實(shí)驗(yàn)變量，并可任意選擇 四種控制器變量進(jìn)行記錄、觀測與分析。(7)多重圖形輸出界面示波器測量波形參數(shù)資料，可以通過Matlab圖形窗口或 打印機(jī)輸出。(8)具有自動播放功能，可供實(shí)驗(yàn)展示。(9)提供HTML界面，可自行編寫實(shí)驗(yàn)講義與技術(shù)資料并同開發(fā)系統(tǒng)整合。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。實(shí)施例一種智能光伏仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，該仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由光伏電池陣列仿真系統(tǒng)A，光伏逆 變器B和并網(wǎng)測試單元C組成，所述的光伏電池陣列仿真系統(tǒng)A包括直流電源1、PC機(jī)2、 A/D和D/A轉(zhuǎn)換卡3，所述的光伏逆變器B包括PWM逆變器4、LCL濾波器5和數(shù)字控制器6， 所述的并網(wǎng)測試單元C包括電能分析儀7、數(shù)字示波器8和配電網(wǎng)9，所述的直流電源1與 PWM逆變器4相連并由集成有A/D和D/A轉(zhuǎn)換卡3的PC機(jī)2控制，所述的數(shù)字控制器6與 集成有A/D和D/A轉(zhuǎn)換卡3的PC機(jī)2相連，所述的PWM逆變器4通過LCL濾波器5與配電 網(wǎng)9相連，所述的電能分析儀7與數(shù)字示波器8共同連接在并網(wǎng)PWM逆變器4靠近配電網(wǎng) 9側(cè)。所述光伏電池板陣列仿真系統(tǒng)A主要用于測試在不同氣候條件下光伏逆變器 中最大功率追蹤算法。所述光伏電池板陣列仿真系統(tǒng)A是根據(jù)光伏電池的數(shù)學(xué)模型在 Matlab/Simulink中建立，可以模擬MXN矩陣各種類型太陽能電池陣列在外部環(huán)境條件 如溫度、照度、陰影及遮擋面積等作為輸入計(jì)算電氣參數(shù)特性。輸入通過Matlab中的⑶I 接口提供，光伏電池陣列的I-V和P-V特性曲線都能計(jì)算并實(shí)時仿真，還可以模擬部分遮擋 等運(yùn)行環(huán)境。所述的A/D和D/A轉(zhuǎn)換卡3采用PCI-DAS1002型采集卡用于采集測量系統(tǒng)電壓和 電流數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生電壓和電流控制參考信號。
所述的光伏逆變器B可由單相或三相逆變器模塊組成，其控制系統(tǒng)由PC機(jī)和DSP 卡組成，PC機(jī)中帶有Matlab/Simulink程序。光伏并網(wǎng)逆變器的硬件部分還包括信號調(diào)節(jié) 單元(SCU)用于控制信號的光耦隔離、三相(或單相)逆變橋帶有接口和保護(hù)卡(IPC)、LCL 濾波器?？刂葡到y(tǒng)獨(dú)立構(gòu)建，其中鎖相環(huán)(PLL)用于使電流和電網(wǎng)電壓同步，可以提供電網(wǎng) 初相角以產(chǎn)生電流參考信號。電流控制器是一個標(biāo)準(zhǔn)的PI控制器，也可以在控制環(huán)里面加 入電壓前饋環(huán)節(jié)?？刂破髦胁捎秒p極性PWM調(diào)節(jié)。所述數(shù)字控制器6采用TMS320f2812評估板實(shí)現(xiàn)，主要控制芯片是一個32位定點(diǎn) 計(jì)算的DSP處理器，具有150MIPS運(yùn)行速度，18K字節(jié)片上RAM，128K字節(jié)閃存，64K字節(jié)片 下 SRAM。軟件實(shí)現(xiàn)工具采用TI C2000DSP Simulink工具盒，其把Simulink和TI C2000開 發(fā)工具整合，用于開發(fā)和校驗(yàn)數(shù)字信號處理過程以及控制設(shè)計(jì)，可以完成從概念到代碼的 設(shè)計(jì)，代碼生成采用C語言輸出?？梢灾苯釉贑CS中編譯、鏈接并執(zhí)行。在CCS中就可以完 成開發(fā)程序的設(shè)計(jì)、編碼、調(diào)試、分析以及優(yōu)化。其中，調(diào)試可以通過實(shí)時Windows圖形窗口 在線進(jìn)行。所述的直流電源1采用300V 5A型電源，為PWM逆變器4供電，用于模擬一個1.5kW 的戶用并網(wǎng)光伏系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種智能光伏仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)由光伏電池陣列仿真系統(tǒng)，光伏逆 變器和并網(wǎng)測試單元組成，所述的光伏電池陣列仿真系統(tǒng)包括直流電源、PC機(jī)、A/D和D/A 轉(zhuǎn)換卡，所述的光伏逆變器包括逆變器、LCL濾波器和數(shù)字控制器，所述的并網(wǎng)測試單元包 括電能分析儀、數(shù)字示波器和配電網(wǎng)，所述的直流電源與逆變器相連并由集成有A/D和D/A 轉(zhuǎn)換卡的PC機(jī)控制，所述的數(shù)字控制器與集成有A/D和D/A轉(zhuǎn)換卡的PC機(jī)相連，所述的逆 變器通過LCL濾波器與配電網(wǎng)相連，所述的電能分析儀與數(shù)字示波器共同連接在逆變器靠 近配電網(wǎng)側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能光伏仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述的直流電源 通過PC機(jī)控制用于模擬在不同光照、溫度、陰影條件下的光伏電池板陣列輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能光伏仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述的A/D和D/A 轉(zhuǎn)換卡采集測量系統(tǒng)電壓和電流數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生電壓和電流控制參考信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能光伏仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述的光伏逆變 器由單相或三相逆變器模塊組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能光伏仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述的光伏逆變 器的控制系統(tǒng)硬件由PC機(jī)和DSP卡組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能光伏仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述的數(shù)字控制 器采用TMS320f2812評估板實(shí)現(xiàn)，主要控制芯片是一個32位定點(diǎn)計(jì)算的DSP處理器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種智能光伏仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，該仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由光伏電池陣列仿真系統(tǒng)，光伏逆變器和并網(wǎng)測試單元組成，所述的光伏電池陣列仿真系統(tǒng)包括直流電源、PC機(jī)、A/D和D/A轉(zhuǎn)換卡，所述的光伏逆變器包括逆變器、LCL濾波器和數(shù)字控制器，所述的并網(wǎng)測試單元包括電能分析儀、數(shù)字示波器和配電網(wǎng)，所述的直流電源與逆變器相連并由集成有A/D和D/A轉(zhuǎn)換卡的PC機(jī)控制，所述的數(shù)字控制器與集成有A/D和D/A轉(zhuǎn)換卡的PC機(jī)相連，所述的逆變器通過LCL濾波器與配電網(wǎng)相連，所述的電能分析儀與數(shù)字示波器共同連接在逆變器靠近配電網(wǎng)側(cè)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有成本低，功能多樣，性價比高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G09B25/02GK102117570SQ201010022438
公開日2011年7月6日 申請日期2010年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月5日
發(fā)明者劉啟中, 吳健珍, 曾國輝, 繆行外, 陳宇晨 申請人:上海工程技術(shù)大學(xué)