适用于分布式最大功率跟踪的光伏模拟器研制

摘要

光伏阵列最大功率跟踪(maximum power point tracking，MPPT)系统架构及其控制算法是光伏发电的核心技术及主要研究内容之一。为了进行 MPPT的电路分析和控制算法研究，都需要光伏模拟器与 MPPT 电路配合工作，以缩短研发时间。现有光伏模拟器主要是针对模拟器独立工作进行设计，无法适用于需要分析多个光伏模拟器模块协同工作的集中式MPPT架构和分布式MPPT架构的系统分析和实验，所以设计和搭建适用于集中式MPPT架构和分布式MPPT架构的光伏模拟系统具有极大的现实意义和应用价值。 为了设计和搭建适用于集中式MPPT架构和分布式MPPT架构的光伏模拟系统，本文首先研究了光伏电池输出特性并分析了单二极管模型和工程应用数学模型，为光伏模拟器的设计提供了理论依据。然后基于光伏电池的特性和工程应用数学模型，针对集中式MPPT架构和分布式MPPT架构的应用场合，对光伏电池的数学模型进行了改进和优化，为后续搭建适用于集中式MPPT架构和分布式MPPT架构的光伏模拟系统实验平台提供了理论依据。 为完成光伏模拟系统的设计和搭建，首先需要设计能模拟独立光伏组件的光伏模拟器模块。由于传统光伏模拟器采用电流控制或者电压控制均无法实现光伏电池的全局高精度特性模拟，所以本文设计了光伏模拟器的双模式控制策略和四段式曲线拟合方案，新的控制策略和拟合方案可以提高光伏模拟器的动态性能和稳态性能。 本文完成了光伏模拟器模块的软硬件设计，以光伏模拟器模块为基础，设计了适用于集中式MPPT架构和分布式MPPT架构的光伏模拟系统，并研制了匹配的上位机软件。 最后，针对光伏模拟器模块原理样机，对本文提出的双模式控制策略和四段式曲线拟合方案进行了实验验证，验证了该方法的可行性。搭建了适用于集中式 MPPT 架构和分布式 MPPT 架构的光伏模拟系统实验平台，并通过该实验平台验证了集中式MPPT架构和分布式MPPT架构的光伏阵列输出特性。

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