太陽(yáng)能光伏 (PV) 模擬器是一種可編程電源，用于模擬太陽(yáng)能電池板。模擬器具有快速瞬態(tài)響應(yīng)，可響應(yīng)負(fù)載條件的變化并保持電壓-電流特性的輸出。

用戶可以根據(jù)系統(tǒng)規(guī)格定義太陽(yáng)能電池板配置，并通過(guò)選擇環(huán)境條件來(lái)選擇適當(dāng)?shù)沫h(huán)境條件進(jìn)行模擬。用戶可以輸入所需的太陽(yáng)能電池板規(guī)格，包括開(kāi)路電壓、短路電流、溫度系數(shù)、輻射、面積和串聯(lián)電阻。

太陽(yáng)能電池陣列產(chǎn)生直流輸出，其非線性特性隨溫度和輻照度而變化。連接到太陽(yáng)能電池陣列的電力電子系統(tǒng)（如太陽(yáng)能逆變器）會(huì)考慮這些變化，以表征陣列的輸出并化轉(zhuǎn)換的功率 [2]。太陽(yáng)能電池陣列的輸出特性與標(biāo)準(zhǔn)直流電源有很大不同，因此需要對(duì)直流電源進(jìn)行額外的控制要求，以滿足必要的系統(tǒng)規(guī)格。

連接到太陽(yáng)能電池陣列的設(shè)備旨在通過(guò)定位工作點(diǎn)來(lái)化功率輸出。它們還會(huì)調(diào)整工作點(diǎn)以適應(yīng)陽(yáng)光和溫度的波動(dòng)。這會(huì)導(dǎo)致太陽(yáng)能電池陣列的電壓和電流特性波動(dòng)，主要是由于溫度、輻照度和其他環(huán)境條件的變化。通常，輻照度的變化會(huì)影響輸出電流，而溫度的變化會(huì)影響輸出電壓。

為了在實(shí)驗(yàn)室中重現(xiàn)光伏系統(tǒng)的電流和電壓特性，以便可靠、高效、快速地分析和改進(jìn)光伏能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，需要考慮太陽(yáng)能光伏模擬器的實(shí)現(xiàn)方法。傳統(tǒng)裝置由一個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)組成，該平臺(tái)使用發(fā)光二極管或鹵素?zé)糇鳛楣夥K的可控人造光 [3]。但它的缺點(diǎn)是需要大量電力和廣闊的空間來(lái)設(shè)置設(shè)備、測(cè)試臺(tái)配置復(fù)雜，并且無(wú)法控制溫度。

光伏仿真系統(tǒng)具有可重構(gòu)直流電源和方便的環(huán)境條件控制，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)響應(yīng)，可作為重現(xiàn)不同光伏模塊輸出電氣特性的工具，而不受外部大氣條件的影響。

太陽(yáng)能模擬器實(shí)現(xiàn)

典型的實(shí)現(xiàn)方式是將太陽(yáng)能模擬器視為受控直流電源，無(wú)論環(huán)境條件如何，它都可以重現(xiàn)光伏電池板的特性。這源于光伏模擬器的總體架構(gòu)，如圖1所示。它包括三個(gè)關(guān)鍵元素：光伏模型實(shí)現(xiàn)、控制策略和功率級(jí)控制 。

PV 模型復(fù)制了需要模擬的 PV 面板的特性。它接收溫度、輻照度以及 PV 電壓或電流的測(cè)量值作為輸入。根據(jù)電源轉(zhuǎn)換器的控制類型，選擇 PV 電壓或電流輸入。控制策略是 PV 模型和轉(zhuǎn)換器之間的階段，它決定了 PV 仿真器特性和負(fù)載特性之間的交點(diǎn)。電源轉(zhuǎn)換器可以是線性調(diào)節(jié)器、具有閉環(huán)控制的可編程直流電源或開(kāi)關(guān)模式電源。

圖 1.太陽(yáng)能光伏模擬器的通用架構(gòu)[4]

太陽(yáng)能光伏模擬器的詳細(xì)實(shí)現(xiàn)涉及典型的電源和控制電路。電源電路包含一個(gè)直流電源、一個(gè)電流控制模式的四象限斬波器、一個(gè)電感濾波器 L 和一個(gè)可調(diào)電阻負(fù)載。如圖2 [5] 所示。這里，斬波電路的輸出電流和電壓必須復(fù)制與真實(shí)光伏模塊相同的行為。

圖 2. 太陽(yáng)能光伏模擬器實(shí)現(xiàn)[5]

斬波器的太陽(yáng)輻照度、溫度、輸出電壓和電流值作為數(shù)字控制電路的輸入。利用兩個(gè)主環(huán)路來(lái)實(shí)現(xiàn)電路的必要控制：外部電壓環(huán)路和內(nèi)部電流環(huán)路。電流環(huán)路包括一個(gè)比例積分 (PI) 控制器，該控制器根據(jù)參考信號(hào)調(diào)節(jié)模擬的 PV 電流并將其饋送到電壓環(huán)路。電壓環(huán)路需要溫度 (T)/輻照度 (G) 影響算法和 IV 曲線線性化算法來(lái)控制模擬的 PV 電壓并估計(jì)電流參考信號(hào)。