| 3.太阳能电池阵模拟器的设计 3.1总体结构 太阳阵模拟器本质上是一个电源，其输出端的I-U 特性曲线能够模拟太阳电池的 I-U 曲线特性。模拟器带有与计算机接口，可根据计算机给定的太阳电池阵特征参数进行设定 。为了较真实地模拟实际电源系统，并使仿真系统具备测试功能，太阳阵模拟器要以太阳能电池电路为基本单位，以多个模块并联的形式构成。对于卫星电源系统，一般每个卫星拥有两个太阳翼，每个太阳翼有多个同种或不同种太阳能电池阵列并联构成，同时由于输出调节的需要，每个支路模块还分为上、下两段。因此，模拟器的设计应以每个分段为模块，通过多个模块的串并联实现对卫星电源阵的模拟。
图 4 示出太阳电池模拟器的系统框图。 每个支路由两个模拟器模块组成，上段和下段之间接分流调节器，每个支路通过隔离二极管接到直流母线上。要求每个模块的状态可以单独设置，以模拟电池阵光照不均匀的状态以及某些支路出现故障的状态；同时还可以快速更新所有支路的工作条件，以便在环境变化时进行快速模拟。 3.2 I-U 特性曲线生成模块
图 5 太阳电池模块结构图 考虑到实际工作环境可能比较恶劣，且温度和日照条件均变化较快，因此采 用模拟器件来实现曲线的生成电路，以加快响应速度。通过高精度 D/A将接收到的数字参数给定转换为模拟值给定。根据太阳能电池的数学模型，太阳能电池的输出 I-U 曲线是在一个恒定电压下减去一个二极管的I-U 特性曲线，对此，可采用如图 6 所示的太阳电池 输出 I-U 曲线模拟电路进行模拟。
由图可见，输入包括开路电压和短路电流的给定，由这两个参数就能确定太阳能电池的工作状态。 开路电压和短路电流由外界环境条件所决定。根据太阳能电池的工程模型，短路电流近似等于太阳能电池的光电流，主要由光照条件所决定，而开路电压则近似为电池温度的一个线性函数。因此，光照条件和电池温度就可以简单地通过这两个参数的设置得到反映。可以看出，当反馈电压小于给定的 Uoc 的参考 值，放大器 A1 输出为负，二极管由于反偏截止，A2的输出就只能由 Isc 决定，整个电路输出电流就为短 路电流。当反馈电压增大，能使 A1 的输出为正，二极 管正偏导通，A2 的输入则随二极管电流的增大而增 大，输出则随之减小。由于二极管的电压电流是指数关系，利用这一关系进行设计，使电流的减小量作为输出电压的函数，并通过选择合适特性的二极管，就能很好地模拟太阳电池阵的 I-U 曲线。 3.3 功率输出部分 采用图 7 所示的功率放大电路，对前面产生的 输出特性进行放大，电路采用了电流负反馈的形式，通过简单的调节来跟踪模拟器的输出电流。电路设计上采用了 P 沟道的 MOSFET，设计成输入越大，输 出电流越小的形式，这样整个电路的输出电流将随二极管压降的增大而减小。
当所需的输出功率较大时，可以采用一组该电路进行并联，由于 MOSFET的负温度系数特性，实现了输出时的自然均流。同时在负载上并联了电容 Co，以模拟太阳能电池的节电 容。为了保证每个 MOSFET 支路不因短路而发生故 障，需在每个 MOSFET 支路上安装一定容量的保险 丝，以确保整个模拟器的安全。太阳电池阵模拟器的每 个 主 阵 支 路 模 块 拥有支路输出、抽头点输出 和 功 率 地 3 个 对 外 功率接口端子。 4.实验结果 根据上述太阳能图7功率放大电路 电池单体模型仿真电路，进行了 I-U 特性曲线的 Pspice 仿真及实际电路测试。在测试中，每组实验采 样 60 个点，然后拟合作出曲线图。图 8 示出光照条 件和温度条件变化时电池的 I-U 特性曲线波形。 5.结 论 在传统的 PQ 下垂法的基础上，通过增加瞬时电压基准补偿环和输出阻抗调节环，提高了系统的均流响应速度，增强了对线阻抗等参数不平衡的调节能力。分别从频域和时域两方面对系统进行了分析。实验结果表明，所提出的控制器不仅具有良好的负载特性和输出特性，并且在并联中具有较强的参数适应性、良好的动态响应性能和均流性能。 参考文献 [1] M Guerrero，L Garcia de Vicuna，J Matas，et al. A Wire-less Controller to Enhance Dynamic Performance of Paral-lel Inverters in Distributed Generation Systems [J].IEEE Trans. on Power Electron.，2004，19（5）1205~1213. [2] A Tuladhar，H Jin，T Unger，et al. Control of Parallel In-verters in Distributed AC Power Systems with Considera - tion of Line Impedance[J]. IEEE Trans. on Ind. Applicat.， 2000，36（1）：131~138. [3] A R Bergen.Power Systems Analysis[M]. Englewood Cliffs. NJ：Prentice- Hall，1986 [4] 林新春，段善旭，康 勇，等. UPS 无互连线并联中基于 解耦控制的下垂特性控制方案 [J]. 中国电机工程 学报， 2003，23（12）：117~122. |
