電源哪部分比較重要？

    許多太陽能逆變器會在其連接至光伏陣列的直流輸入端處產(chǎn)生交流紋波。對于單相逆變器，該紋波頻率是線路頻率的兩倍（美國型號為120Hz）。由于這種紋波是模擬器電源調(diào)節(jié)環(huán)路的一個功能，它們不能進(jìn)行抑制。越來越多的逆變器（幾乎所有微型逆變器）都通過精確測量紋波電壓和電流的幅值和相位來確定太陽能陣列的MPP點(diǎn)。這種方案確定MPP點(diǎn)的速度遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)抖動技術(shù)（又稱為擾動觀察法）。追蹤MPP的速度越快，在輻照度不斷變化的陰天條件下綜合效率就越高。鑒于用戶對太陽能設(shè)施的綜合效率極其敏感，這種方案有望很快在所有太陽能逆變器上得到普及。

    為滿足這種要求，光伏模擬器必須能夠還原太陽能電池陣列在紋波頻率下的電壓/電流特性。大部分的標(biāo)準(zhǔn)開關(guān)電源在其輸出電路中采用超大輸出電容器及電感器，無法提供所需的性能—不受I/V曲線控制器的響應(yīng)速度影響。

    Elgar系列光伏模擬器基于標(biāo)準(zhǔn)型號的高速版本，對輸出電容器及其它限速組件進(jìn)行了調(diào)節(jié)。這使得模擬器速度得到了10倍甚至更高的改善。通過將光伏控制器硬件及固件內(nèi)置的專屬特性與我們的高速電源相結(jié)合，該系列可以滿足性能要求。這項(xiàng)技術(shù)在微型逆變器上經(jīng)過廣泛論證后即將用于測試新一代逆變器。

    采用DSP信號處理技術(shù)的優(yōu)勢

    我們的技術(shù)避免采用速度快，但笨重低效的線性放大器，而是通過高速開關(guān)電源和的DSP技術(shù)來實(shí)現(xiàn)性能指標(biāo)。在某些條件下，取決于MPPT原理，傳統(tǒng)采用IGBT技術(shù)的直流電源無法滿足MPPT響應(yīng)速度的要求。我們的電源采用功率MOSFET，其開關(guān)速度一般比的IGBT快10倍以上。開關(guān)頻率越高，輸出電容器和電感器越小—這是高速電源設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵。

    產(chǎn)品概述

    Elgar TerraSAS系統(tǒng)提供了一種易于編程的光伏陣列特性模擬手段，可為并網(wǎng)逆變器和直流充電控制器的峰值功率跟蹤 (MPPT) 特性測試打造交鑰匙方案。它幾乎能模擬任何填充因子或太陽能電池材料，使用戶使用一個電源就能驗(yàn)證MPPT算法。本地控制器通過運(yùn)行一個應(yīng)用程序并采用RS422直接與光伏模擬器進(jìn)行通訊來實(shí)現(xiàn)硬件控制，同時起到一個專用IV曲線生成處理器的作用。它也運(yùn)行本地圖形用戶界面 (GUI) 程序以向TerraSAS系統(tǒng)提供所有用戶控件。該應(yīng)用程序內(nèi)置用于遠(yuǎn)程通訊和控制的以太網(wǎng) (LAN) 分析器。所有功能既可以通過控制器進(jìn)行本地操作，也可以進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。

    功能說明

    如圖所示，TerraSAS系統(tǒng)由可編程直流電源、機(jī)架式控制器、鍵盤、帶控制軟件和圖形用戶界面的液晶顯示屏、輸出隔離和極性反轉(zhuǎn)繼電器以及控制電源的光伏模擬處理器所組成。利用如此組合的硬件，TerraSAS可以模擬太陽能裝置所碰到的測試規(guī)程或復(fù)雜事件。電源按1-15KW遞增，可模擬1MW的光伏陣列。

    如下圖所示，通過附帶軟件，用戶無需具備有關(guān)太陽能陣列參數(shù)的深厚知識就可以對光伏面板進(jìn)行建模。模擬所需的參數(shù)是開環(huán)電壓、短路電流以及峰值功率參數(shù)Vmpp和Impp。通過更改這些參數(shù)，VI曲線的形狀會自動適應(yīng)0.5到1之間的任意填充因子。一旦生成了IV曲線，用戶便可邊測試邊修改輻射度或溫度變化，從而在逼真的云層陰影遮蔽和面板溫度條件下對并網(wǎng)逆變器的行為進(jìn)行測試。長期氣候模擬功能可以用來確定給定情況下所傳遞的能量。逼真的陰影遮蔽和溫度變化模擬有助于優(yōu)化逆變器在實(shí)際MPP搜索模式下的性能。

    光伏模擬軟件可以定義25 °C及1000W/m2下的Voc、Isc、Vmpp和Impp等關(guān)鍵參數(shù)，然后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)太陽能電池模型來計(jì)算生成的VI曲線。

    除了模擬理想的IV曲線外，光伏模擬器還能模擬具有不同輸出特性的太陽能面板并聯(lián)時所造成的不規(guī)則特性（如下面兩圖所示）。在設(shè)置不同的輻照度或溫度值后，模擬器將會生成“多峰”IV特性曲線。通過在表格中更改輻照度和溫度變化，用戶就可以循環(huán)對24小時一天的壓縮時間曲線進(jìn)行動態(tài)模擬，以模擬更長時間段的晝夜情況。

    顯示輻照度和溫度隨時間而變化的動態(tài)模擬

    控制顯示

    上圖所示為圖形用戶界面(GUI)軟件。一輸入?yún)?shù)，它就能顯示已輸入的IV曲線集合，然后將實(shí)測數(shù)據(jù)覆蓋在屏幕上，這樣可以實(shí)時查看運(yùn)行點(diǎn)。顯示時間可設(shè)置為數(shù)分鐘到數(shù)天，以便進(jìn)行長期測試。

    可編程參數(shù)

      • 輻照度

      • 溫度值

      • 電壓等級

      • 電流等級

      • 溫度系數(shù)

    設(shè)定時間內(nèi)的電壓、溫度或輻照度斜坡

    電壓、電流、輻照度及溫度設(shè)置的回讀

    曲線公式

    模擬器的太陽能光伏發(fā)電曲線從下面所示的公式計(jì)算得到。

    Io是Vo的函數(shù)：

      Io=Isc (1-C1 (exp (V/(C2 x Voc))-1))

      C1=(1-(Imp/Isc)) (exp(-Vmp/(C2 x Voc)))

      C2=((Vmp/Voc)-1)/(ln(1-Imp/Isc))

    其中模擬陣列的參考輻照度為1000W/m2，參考陣列溫度為25°C

    所模擬光伏陣列通過陣列填充因子、功率點(diǎn)電壓、功率點(diǎn)功率來描述。所生成的曲線基于Sandia Labs簡化版光伏陣列模型，它定義了這些值和如下表所示的其它參數(shù)之間的關(guān)系。

    其中：

    其中：

      ß 陣列溫度系數(shù)，%/°C

      T= 電池溫度，°C

      V= 電壓，V

      I= 電流， A

      FF= 填充因子 

    下標(biāo)：

      Ref = 參考值（即參考或額定條件）

      MP = 功率

      OC = 開路

      SC= 短路

    直流輸出連接

    輸出連接將采用防觸碰壓接型連接器或適當(dāng)電流容量的端子排，安裝在后走線I/O面板上。

    “Multiple Hump” IV Curve

    “多峰”IV曲線

    TerraSAS可以利用從Solar Advisor Model (SAM) 數(shù)據(jù)庫采集的數(shù)據(jù)對由兩個或多個子系統(tǒng)組成的系統(tǒng)進(jìn)行建模，例如包含3個不同方位的陣列的一個光伏系統(tǒng)，從而可以創(chuàng)建如下圖所示的“多峰”曲線。

    安全性

    該系統(tǒng)包括關(guān)機(jī)功能，它通過斷開聯(lián)鎖觸點(diǎn)來禁止輸出。在聯(lián)鎖觸點(diǎn)斷開時，光伏模擬器機(jī)箱將會調(diào)低直流輸出，斷開輸出繼電器，并提供完整的電隔離。

    模擬器的優(yōu)勢在于無需依賴真正的陣列就能測試逆變器，并模擬真實(shí)陣列不容易進(jìn)行的光伏行為。