lpc的光伏电网测试系统设计 .docx

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1、精品名师归纳总结封面可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结作者： PanHongliang仅供个人学习目 录中文摘要 .3.英文摘要 .3.1 引言.4.1.1 太阳能光伏产业进展前景 4.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1.2 光伏阵列测试技术争论现状和意义5.1.3 本论文主要内容和框架 .6.2 光伏阵列的特性及其测试方法 .7.2.1 太阳电池原理以及分类 .7.2.2 太阳能电池的特性 .8.2.3 光伏伏阵列特性测试方法 .1 03 基于 LPC2214 的硬件选择和实现 .1 53.1 光伏阵列特性测试系统整体设计1.53.2 系统电路设计 .1 6.3

2、.3 采样电路设计 .1 8.3.4 把握及数据处理模块的设计 .1 9结论.2.4.谢辞.2.5.参考文献 .2 6.光伏阵列特性测试系统设计摘要： 光伏阵列是光伏系统的重要组成部分，它准备了光伏系统的发电量，同时也是光伏系统成本的主要部分。因此合理配置光伏阵列，分析和评判光伏电站的发电效率，提高光伏阵列的利用效率始终是光伏系统设计的争论重点，也是降低光伏系统发电成本的重要措施。本文接受了电容动态充放电法，该方法是通过检测太阳能电池阵列对电容的充电过程中电流、电压的数据变化，重现光伏阵列的I-V 特性，接受这种方式可以快速而便利的测量太阳能电池阵列的I-V 特性，具有体积小、重量轻等特点。设

3、计是基于飞利浦公司的 LPC2214设计的。通过对该系统进行评估可以得出结论：该测试系统运行稳固，测量精度较高，一次完整的测试只需 54ms左右，测试速度快，并且测量得到的伏安特性可以在液晶上直接以 曲线的形式显示，使测得的阵列特性更为直观，能中意工程应用的需要。关键字： 光伏阵列。光伏特性。数学模型。 I-V 曲线Design on the Testing System of PV Array CharacteristicAbstract:A photovoltaic array is an important component of the photovoltaic system.It

4、determines the cost of photovoltaic system and rational power可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结capacityofthesystem.Therefore,therationalofthephotovoltaicarray,Analysisandevaluation thepowerallocationgenerationefficiency of photovoltaic power plants.Enhancingtheefficiency in theuseofphotovoltaicarrayshasbeenth

5、efocusofthePVsystemdesign,isalsoanimportantmeasurepaper,thetoreducepowergenerationcostsofPVsystems.Inthisdynamiccapacitancechargeanddischargemethod,themethodbydetectingthesolar arraytothe process ofchargingthe capacitorcurrentandvoltagedatachanges,to reproducetheIVcharacteristicsofPVarray,inthiswayc

6、anquicklyandeasilymeasuringsolarIV characteristicsofthebatteryarray, with asmall size,light weightandother characteristicsT. he assessment results of the systemshowthatthetestingsystemoperatesstabely,has thehigher measurement accuracy.A complete testing will take about 54 ms,and the measured charact

7、eristics of photovoltaic arrays can displayed on LCD directlyinthe formofa curve that made the characteristics of photovoltaic arrays more illustratable and comprehensible.It can meet the needs of engineering.Keywords：solar array。photovoltaic characteristic。mathematic mode：I-V characteristic1 引言1.1

8、太阳能光伏产业进展前景进展循环低碳经济，转变经济增长方式，谋求可连续进展的出路成为世界 的热点论题。全球各个国家都在努力开发利用各类绿色可再生能源风能、核能、太阳能、生物能等 太阳能作为其中最具潜力的可再生能源，受到越来越多的关注。从图 1.1可以看出世界上石油资源紧缺，煤矿资源也仅能保护约两百多年，而太阳能的储量推测相对于其他常规能源来说却是无穷大的，有很大的 开发利用空间。因此光伏发电作为太阳能利用的一种重要方式也正在蓬勃发展。光伏发电就是利用太阳能电池或者组件将太阳能转换为电能。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图1.1 世界和中国各类能源储量推测为了勉励太阳能光伏发电产业

9、的进展，各国提出了一系列的优惠政策。 2004年，德国最先出台了相关的法律法规，实施购电补偿，推动光伏市场的发 展。随后，西班牙、法国、意大利、希腊等国家也相继效仿而韩国、日本和 美国就开放了市场，中国也于近日通过了可再生能源法，并规定“上网电价”和“全网平摊 ”的法规条款。全球常规资源短缺、各类能源补贴法律法规的完善、人们环保意识的增强，这些都将促使太阳能光伏利用成为将来能源结构的 主要组成部分。光伙产业步伐不断加快，越来越多的家脚个人用户开头安装光伏发电设备，大型光伏发电厂、太阳能光伏屋顶工程工程也如州后春笋般胃出，为寻求降低太阳能利用成本，提高太阳能利用效率的方法越来越多的争论正在快速开

10、展。光伏阵列特性的测试、争论和开发也随之成为一个焦点问题。1.2 光伏阵列测试技术争论现状和意义光伏阵列特性的现场测试技术，国外的争论比较成熟，特殊是美国和日本已经有系列测试设备推向市场，不过其设备的价格都比较高。而在国内，光伏阵列测试技术的争论相对比较落后。市场上多数的争论重点都放在了太阳电池单体或者组件的特性测量方面。由于太阳电池制作的随机性，生产出来的电池性能不尽相同，为了有效的将性能一样或相近的电池组合在一起，应通过电池测试即通过测试电池的输出参数电流和电压的大小对其进行分类，以提高电池的利用率，做出质量合格的电池组件。然而。市场上仍没发觉测量较大功率的光伏阵列特性的配备。但是随着太阳

11、能光伏发电将进展成为重要的发电方式，大量太阳能电站的显现的同时， 就需要越来越多的光伏阵列区域特性测试设备来优化太阳能电站的设计，提高光扶阵列的利用效率。在太阳能光伏发电系统中，光伏阵列作为将太阳能转换成电能的装置无论从成本上仍是功能上都占有重要的位置。因此合理配置光伏阵列，提高光伏阵列的利用效率，降低发电生产成本始终是光伏系统设计的重中之重。从理论上来说，光伏阵列是由如干光伏组件通过串、并联的形式组合而成，光伏系统的发电量约为光伏组件发电量的总和。但是，在光伏系统应用当中，光伏阵列的实可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结际发电量却很难中意理论设计要求。这是由于存在着各种影响光伏阵

12、列发电的因素，包括光伏组件连接带来的联结损耗，以及随着光伏电池使用时间的延长电池损坏造成的电压不均衡等。仍有一系列的外界环境因素包括光伏阵列的高度、倾角、电池板的洁净程度等。就是对于同一块光伏阵列来说，环境温度、日照强度、风速等外界条件的变化，也均会引起光伏系统的发电量、系统效率的转变。这一系列不确定的影响因素会导致理论设计合理的光伏系统，在实际运行时发电量与设计要求误差较大。因而对于任何的光伏系统都只能依据安装在实际环境条件下的光伏阵列输出特性来确定真正的发电量和系统效率。假如对光伏阵列进行现场测量，获得光伏阵列在特定环境下的特性及其参数，再结合安装环境的特点来分析和评判光伏阵列的设计，可达

13、到更理想的设计成效。光伏阵列的现场测试结果是分析和评判光伏阵列发电效率的重要依据之一。换而言之，一个精确牢靠有用的光伏阵列测试装置在光伏发电系统中是必不行少的。随着太阳能行业这几年的飞速进展，太阳能单体和组件的测试的要求就日益提高。国际电工委员会 IEC和美国的保险试验室 UL 都制定了相关的监测标准，从组件的性能到安全规范都有了相关的条例。这在很大程度上促进了太阳能检测技术的进展，也对规范业内的生产规范起到了确定作用。在测试仪器方面，国外有许多已经做得很成熟的生产线上或者试验室用的产品，比如美国的spire公司的线上检测设备就很出众。与此同时在国内，各争论机构和公司也纷纷推出自己的产品，竞争

14、也是特殊猛烈，这对中国的太阳能产业和太阳能检测行业来说是件好事。可以说太阳能检测也随着太阳能组件行业的进展而开头了飞速的进展。1.3 本论文主要内容和框架本论文主要工作是争论光伏阵列区域特性的测试方法，实现大中型功率级别 的光伏组件或阵列的区域特性 I-V 曲线的测量，其中区域特性包括开路电、短路电流、最大功率点的电压电流、。光伏阵列区域特性测试系统主要由电容快 速充电主电路、数字处理模块 LPC2214和数据显示模块三部分组成。通过电容快速充电法测试得到的电流、电压数据分别经过传感器进入高速数字处理模块，编程把握 LPC2214完成AD模数转换、数据储备和数据分析处理的工作， 实时反映光伏阵

15、列的特性。系统仍配置温度传感器AD590 和标准太阳电池模块 ,可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结实时测量当前环境温度和日照强度，这些数据也一并送入LPC2214进行处理， 依据光伏阵列物理数学模型进行特性的推算预估，实现对任意环境下光伏阵列 特性曲线的精确预估并在显示模块以图像和数据结合的方式显示。数据采集单 元与显示模块是通过通用串行接口或 USB通信模块连接的。为光伏系统设计和光伏阵列性能评估供应重要依据，便于光伏系统的设计和应用。2 光伏阵列的特性及其测试方法2.1 太阳电池原理以及分类太阳电池作为光伏系统的核心经过了长达百年的进展历程，技术逐步成熟， 太阳电池的效率也越

16、来越高。目前在市场上占主导位置的太阳电池仍以硅材料为主。太阳电池是以半导体材料为基础，具有能量转换功能的半导体器件。太阳电池实现太阳能到电能的转换是基于半导体的光生伏特效应。以晶体硅太阳电池为例作一说明，阐述太阳电池的工作原理，当太阳光入射太阳电池时，在 p-n结区产生电子 空穴对。当内建电场作用于 p-n结时， p、n型区的多子分别向 n、p型区移动，大量电子积存在太阳电池受光上表面而大量空穴积存的在背光下表面。此时在太阳电池表面装配上电极，即可在外部电路中形成电流。太阳电池一般都要在受光面上掩盖减反射涂层，以减低因反射缺失的太阳电池能量，提高太阳电池的效率。基于太阳电池可以实现光电转换的特

17、性，各类工业用和家用的太阳能供电系统正在大力开发和争论当中。市场上的太阳电池主要分为两大类：晶体硅电池和薄膜电池。晶体硅电池可以进一步分为单晶硅电池和多晶硅电池。而薄膜电池就包括非晶硅太阳电池、铜铟硒薄膜电池和镉碲薄膜电池。随着太阳能光伏产业的进展，太阳电池的类型也越来越多，但是实际应用仍是以硅材料的太阳电池为主，特殊是晶体硅电池。2.1.1 晶体硅电池晶体硅电池依据材料内部微观结构不同，分为单晶硅电池和多晶硅电池。单晶硅电池由硅晶体直接切割出来的薄片制成，而多晶硅电池就由硅铸锭后切割的薄片制成。由于生产工艺各异两类电池具有不同的转换效率，单品硅电池的转换效率是最高的，同时其成本也是最高的。可

18、编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图2.1 太阳能电池 a单晶硅 b 多晶硅 c 薄膜电池2.1.2 薄膜电池非晶硅电池具有较高的转按效率，低廉的成本和重量轻等优势，但是由于非晶硅材料存在光电效率衰退效应，其稳固性不高，影响非晶硅在实际中的推广利用。铜镏硒电池的优点在于不存在光致退化，并且这一类的电池的转换效率在薄膜电池技术中是晟高的，但它确在湿热的环境中存在性能不稳固的问题。镉碲电池较非晶硅转换效率高，且成本低廉，但是所用材料有剧毒，在制各电池时会对环境造成严肃的污染，所以此类太阳电池并不是晶体硅电池最为理想的替代产品。除了上述常见的各类太阳电池以外，许多争论工作正在开展，试图开

19、发出新型的电池类型，以提高太阳电池转换效率或降低成本，以下为部分的实例。有机聚合物太阳电池是太阳电池一个争论的新方向，争论人员尝试接受有机材料来代替无机材料制备太阳电池，由于有机材料具有制作简易柔性强度 好，材料供应充分成本低廉等优势。对太阳能电池开发利用具有重要意义。HIT 电池。它是又晶体硅薄片包以超薄的非晶硅层所制造而成，比传统常规的晶体硅电池由更高的效率，并且没有非晶硅的老化问题，在高温下产生高电量，具有很好的进展前景。2.2 太阳能电池的特性2.2.1 太阳能电池的特性图2.2 太阳电池单体的 I V 特性曲线对光伏阵列整个特性或阵列的参数进行测定，主要是猎取光伏阵列的开路电压、短路

20、电流、最大功率点电流、最大功率点电压等参数的数值。参数定义如下：短路电流 给定温度、日照强度下所能输出的最大电流可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结开路电压 给定温度、日照强度下所能输出的最大电压最大功率点电流 给定温度、日照强度下最大功率点上的电流最大功率点电压 给定温度、日照强度下最大功率点上的电压最大功率点功率 给定温度、日照强度下所能输出的最大功率从太阳电池的 I-V 特性曲线中可以很直观的看出太阳电池的输出电流和输出电压的对应关系，是非线性的函数关系。这说明白太阳电池既非恒压源，也非恒 流源，它不行能为负载供应任意大的功率。太阳电池是一种非线性的直流电源，输出电流在大部分

21、工作电压范畴内约为恒定，最终在一个足够高的电压之后，电流快速下降至零。输出电流值即使在短路状态下也不会显现无穷大，而是一个有限值 短路电流值 Im。太阳电池只有工作在最大功率点Pm时利用效率才达到最高。2.2.2 光伏阵列的区域特性但是太阳电池单体的输出功率是很小的，一般为毫瓦级，不行能作为终端产品。市场上出售的太阳电池是生产商把如下太阳电池单体进行串并联组合并封装后的太阳电池组件，其功率一般为几瓦至几十瓦，作为单独电源使用的最小单位。而太阳能光伏阵列是依据实际的用电需求，把确定量的太阳电池组件按串、并联规章组合在一起并安装在支架上为负载供应所需功率。由N个太阳电池组件按个串联及个并联的方式而

22、构成一个光伏阵列时，其光伏阵列的电压跟单个太阳电池组件相比提高了组件串联的数量 倍而电流与较单个太阳电池组件相比就增大了倍。也就是说光伏阵列的电压取决于组件串联的数量而电流即取决于组件并联的数量。其发电效率在理想的情形下保持不变但是由于生产的随机性，每个太阳电池组件必定会存在一些差异，因此效率会降低。光伏阵列特性曲线近似等于相应的太阳电池组件的叠加增长单个电池或组件的特性仍保持不变 。至此我们得出光伏阵列的区域特性与太阳电池单体和组件的形状类似。太阳电池的特性可推广至光伏阵列。图2.3 太阳能光伏阵列的I-V 特性曲线2.2.3 光伏阵列特性的环境影响因素光伏阵列 I-V 、P-V特性曲线深受

23、环境因素的影响，与日照强度和电池温度亲热相关。考虑电池温度、日照强度对I-V 、P-V特性的影响，可以在设计中更好的配置太阳电池组件资源。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结通常日照强度 S变化范畴从 0到1000W ，阵列温度变化范畴从lO到70。实际中，影响光伏阵列 I-V 、P-V特性的各个因素之间也是相互影响的， 为了争论每一个因素各自对 I-V 、P-V 特性的影响，人为仅让一个因素变化而保持其他条件不变。图 2.4 日照强度对光伏阵列的 I-V 特性曲线影响图2.5 日照强度对光伏阵列的P-V 特性曲线影响保持其他条件不变，仅转变日照强度，依据数据，可以得出如上特性曲线

24、图。由图 2.4可看出，随着照度降低，电流明显的削减，而开路电压就略为削减。最大功率随着照度削减而削减。光伏阵列所输出的最大功率、短路电流都猛烈的受日照强度 S的影响，阵列的伏安特性曲线和日照强度S呈一一对应关系。进行粗略的简化可得出短路电流与日照强度变化成正比，开路电压与日照强度呈对数关系。第一，这里所说的电池温度和环境温度并不是同一个概念。环境温度与电池温度的关系依靠于光照强度：（ 2 1）其中T 为电池温度 ，为环境温度，S为同照强度（ W，为温度系数 W。的典型值为 O.03，国际上定义标准太阳电池温度为 25。图2.6 电池温度对光伏阵列 I-V 曲线的影响图2.7 池温度对光伏阵列

25、P-V 曲线的影响同样，保持照度不变，仅转变电池温度，得出电池温度对光伏阵列I-V 、P-V 特性的影响如图 2.6与图 2.7，随着光伏阵列温度上升，电压明显减小，而短路电流仅略为增大，最大功率点也随着温度上升略为削减。2.3 光伏伏阵列特性测试方法本节将描述如何猎取光伏阵列的特性，其测试实现的框图如图2.8所示我可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结们必需先确定测试方法和曲线拟合的算法模型。工作在光伏发电系统中的光伏阵列可以通过伏安法、电子负载等测试电路得到其电压，电流等特性数据。但由于数据是零散的，我们必需选择合适的算法模型对数掘进行拟台处理，通过对ARM 数据处理器进行有效把

26、握，获得实测或是预估情形下的区域特性，并在显示模块显示。图2.8 光伏阵列特性测试框图2.3.1 光伏阵列的等效电路模型对光伏阵列区域特性进行争论，第一要明白光伏阵列的等效电路模型，光伏阵列的等效电池模型是争论光伏阵列测试系统的理论基础，它反映了温度、照度等因素对太阳电池的影响，太阳电池一般可等效为图2.9电路模型图。依据等效电路图可以得出太阳电池最基本的解读表达式22，此表达式已广泛应用于太阳电池的理论分析中。由上一章的介绍得知，光伏阵列具有与太阳电池单体类似的特性，太阳电池的表达式同样适用于光伏阵列，在此基础上可推广到光伏阵列分析上。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结（ 22

27、）图2.9 太阳能电池的等效电路图可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结式中，为光生电流。为二极管饱和电流。为光伏阵列短路电流。V为光伏阵列输出电压。为光伏阵列的串联电阻。A为二极管特性因子。 K为波尔兹曼常数。 T为光伏阵列温度。 q为电子的电荷量。为光伏阵列的并联电阻。光伏阵列的等效电路模型是一个非线性的超越方程，直接求解困难，目前较多接受拟合 算法来求解，在求解当中做出一些简化。2.3.2 测试方法的选择在实际应用中，有许多因素影响光伏阵列的伏安特性，如阵列的高度、倾角、电池板的洁净程度、组合规章、温度及日照强度等。故要得到太阳电池阵列的实际工作特性，需要对其进行现场测试。由于

28、阵列已经安装完成，在进行现场测试时，可以假定除温度、日照强度外的其它影响阵列特性的因素不变。为了得到比较精确的阵列现场测试的数据，需要选择合适的现场测试方法。2.3.2.1 变电阻法 可变功率电阻器现场测试方法是比较传统的光伏阵列伏安特性现场测试方法，其测量方法即伏安法。将可变功率电阻作为光伏阵列的负可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结载，转变电阻器的值得到不同的工作点，通过电压、电流表来读取工作点对应的电压电流值。由光伏阵列的特性曲线可以看出，在短路状态下，光伏阵列的短路电流照旧是稳固值，不会突变到无穷大，所以可以对光伏阵列直接短路来测量其短路电流。开路电压的测量同样简洁，只需断

29、开可变电阻两端就可直接测得。在测量特性曲线时可通过调剂可变电阻，读出相应的电压表和电流表的数值。通过不断的调剂可变电阻，光伏阵列的工作点会随之不断转变，测量光伏阵列在一系列不同工作点下输出的电压和电流值，就可以获得其输出特性曲线。可变功率电阻器现场测试方法简洁易于懂得，测试系统不需要额外的把握部分，电路特殊简洁。从理论上讲，这种方法可以简洁稳固的获得所测太阳电池阵列的I-V 和特点参数。但是它自身的局限性也使它的应用范畴受到限制，主要有以下几点不足：对于一般的光伏系统，光伏阵列的输出功率都很大，其需要测量电压和电流较大。为了中意电压和电流的测量等级，必需选用大功率的功率电阻。由于该电阻体积和重

30、量都很大，不利于现场测量。使用电阻测量光伏阵列，测量过程也很繁琐，一次完整的特性测量需要多次调剂电阻值。由于必需手动调剂电阻值，整个测量过程费时费劲。手动调剂方式仅能在特性曲线上取得有限点数，使得特性曲线呈阶梯状变化，精度水平很低。同时测量过程不连续，连续过程较长，加之外界环境条件的不稳固性，温度和照度在整个测量过程中可能会显现变化，因此很难得到所需环境下的光伏阵列区域特性曲线， 将会显现较大的误差。2.3.2.2 电子负载法 电子负载法即 2可变电子负载现场方法。这是基于变电阻测试原理的一个方法。电子负载阻值变化不需要通过人工手动实现，可以通过正确把握电子负载的数值，使其等效为阻值从零变化到

31、无穷大的，并实时采集电子负载两端的工作电压和电流，连接采样点即可得到当前环境下的光伏阵列的区域特性。当电子负载的等效阻值为零，光伏阵列近似为短路状态，此时测得的电流为短路电流。当电子负载等效阻值为无穷大时，光伏阵列相当于开路状态，此时测得的电压为开路电压。但是电子负载法需要实现两方面的把握， 电子负载数值以及采样电路的把握，把握比较复杂。其次是当光伏阵列功率较大时，电子负载的体积也相应变大，以致系统体积增大，同样也不利于现场测试的进行。2.3.2.3 电容动态充放电法 电容快速充电测试是设计光伏阵列对电容的充电可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结把握主电路，通过测量充电过程中变化的

32、电压电流来实现阵列区域曲线特性。充电开头时，在功率开关闭合的瞬时，充电回路的电流为阵列的短路电流。当充放电电容的充电电流最终为零时，此时电容电压圪等于阵列的开路电压。测试系统通过电流传感器和电压传感器对电容的整个充电过程进行全程电流电压采样，这些采样点的组合就构成了当前环境条件下的光伏阵列伏安特性曲线。动态电容测试方法优点在于测试过程有把握电路自动完成，测试便利，并且测试速度快，精度高。把握电路的处理速度快，可均匀采样足够多的点进行处理分析，得到平滑精确的区域特性曲线，测试得到系统曲线可以直接以曲线形式显示出来，测试结果很直观。整个测试系统体积小，重量轻，属于便携系统，便于现场的测试。而其缺点

33、就是需要增加把握电路，并且对采样速度、精度、以及处理器速度的要求比较高。并且当要测试的光伏阵列功率比较大时， 就需要容量比较大的电容器，而大容量的电容器体积和重量都较大，对于野 外、远距离的现场安装测试是特殊不便，但我们可以通过把大电容改为几个并联小电容克服这个缺点。综合考虑，依据大功率光伏阵列现场测试的具体情形，电容动态充放电法较为适合光伏阵列区域特性测试系统的使用。2.3.3 光伏阵列测试模型选择光伏阵列测试系统的实现是基于太阳电池的等效电路模型，其外部特性具有很强的非线性，在使用时，温度、日照强度的变化均可影响系统的P-V及I-V 特性。因此太阳电池的数学模型是否精确合适，把握系统是否稳

34、固可行，是测试系统设计的关键，也是考核测试系统的主要指标。分析比较各种光伏阵列区域特性模型，包括多项式模型、指数模型、人工网络模型和工程模型等，我们认为工程模型算法最合适。考虑到光伏系统设计、数字仿真和模拟时运算速度和运算工作量，提出尽可能在工程精度下的简化有用工程模型。此模型实质从单指数模型简化得到，它不需要经过拟合，仅需要阵列几个简洁测量的电路参 数、，就能在确定精度下得到光伏阵列的特性。、这四个参数通过电容充电法测得。此算法有用性强，符合工程应用的需要。对上述基本的光伏阵列等效电路模型公式22进行简化，通常由于远小于光伏阵列电流，因此可以忽视不计，而小于二极管正向导通电阻，因此近似认 为

35、引入待定系数，使简化出更加有用的光伏阵列工程模型：（23）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结代入三个主要参数点可以运算出（24）（25）可以看出虽然工程模型的精度虽然没有指数模型那么高，但是对于运算才能有限的数字处理系统来说，工程模型较有用简便，运算执行速度快，达到系统的精度要求，更好的提高了数据采集处理分析的效率。这将为光伏系统在工程精度下的仿真争论和开发带来极大的便利，因此本测试系统选用工程模型。2.3.4 光伏阵列预估算法的争论光伏阵列区域特性易受环境因素的影响，其输出功率与日照强度、温度等密切相关。厂家供应的太阳电池的特点参数都是在标准测试条件下=1000W ， =25测

36、定的，由于环境条件的多变性，这些参数实际上不能反映光伏阵列的工作情形。推广算法模型的应用范畴，考虑环境因素的影响，应改进模型以对光伏阵列特性进行预估争论。工程模型仅仅需要与环境联系的四个重要特性参数就可以大致仍原光伏阵列的特性曲线。考虑环境变化 对四个重 要参数的影 响并利 用实测环境 测得的、，可得到任意环境下的四个参数值，结合工程模型，能以较高的精度得出任意环境下光伏阵列的输出特性。实现光伏阵列区域特性的预估。（ 2 6）（ 2 7）（ 2 8）（29）（210）（211）系数 a， b， c 的典型值为： a=0.0025， b=O5，c=0.00288为区分各光伏阵列特点参数，将它们分

37、别定义为标准条件下。实际测量下、S、T。预估的新环境下。这一种预估算法能够较精确的拟合出任意条件下的光伏可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结阵列特性，运算简便最适于工程应用，因此本测试系统洗用此模型作预估处理。3 基于 LPC2214的硬件选择和实现3.1 光伏阵列特性测试系统整体设计光伏阵列区域特性测试装置由电容快速充电测试法的主电路，数据采集把握处理单元 LPC2214）和数据处理显示模块三部分组成。其中，主电路包括温度传感器、照度传感器、光伏阵列、以及光伏阵列电压电流采样电路。电压电流采样电路包括功率开关、充放电电容、电流传感器、电压传感器、快速充电电 阻、慢速充电电阻、压敏

38、电阻等组成。将温度传感器和照度传感器测得的温度、照度数据通过 A/D 转换传入 LPC2214，同时将光伏阵列通过电容快速充电法测得的电压、电流数据分别经过电压传感器和电流传感器传入LPC2214，在LPC2214中通过 10位逐次渐进型 A/D 转换器将模拟信号转换为数字信号，再在LPC2214内部通过软件把握完成数据处理工作得到在不同照度和表面温度的情况下的光伏阵列特性。这样就实时反映了光伏阵列的特性。同时依据光伏阵列物理数学模型进行区域特性的推算预估，实现对任意环境下光伏阵列区域特性曲线的精确表达并通过 LPC2214的flash在显示模块以图形方式显示。LPC2214与显示模块是通过通

39、用串行口连接的。图 3.1 伏阵列测试系统其中标准太阳电池用来测定日照强度，结合温度传感器DS18820可以将当前日照测定的光伏阵列特性曲线和参数转换至标准环境下的特性曲线和参数。为电容C的缓慢放电电阻，为快速放电电阻，在断开后闭合使C的能量快速释放以便于下次测量。测试系统接受电容快速充电法。电容动态充电测量方式是设计光伏阵列对电容的充电把握主电路，通过测量充电过程中变化的电压电流来实现阵列I-V 特性曲线。充电开头时，在开关局闭合的瞬时，充电回路的电流为阵列的短路电流。当电容的充电电流最终为零时，此时电容电压等于阵列的开路电压。系统对电容的整个充电过程进行全程电压电流采样，这些采样点的组合就

40、构成了当前环境条件下的光伏阵列I-V 特性曲线。 LPC2214依据 A D采样结果描画出光伏阵列的特性曲线，同时实时监测当前光照强度和电池板表面温可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结度。3.2 系统电路设计3.2.1 光伏阵列区域特性测试系统主电路设计3.2.1.1 充电回路参数设计图3.2 伏阵列测试电路图从图3.2可以看出，充电电容是由 3三个电容通过并联的方式得到了。电容值大小直接准备了充电时间的长短，从而准备了采样的速率和系统的体积。电容 值大，充电连续时间较长，有利于数据采集，但是系统的体积增加。选择较小 的电容值，能够减小系统体积，但是电容充电时间缩短，在采样周期不变的情况下，采样的数据点数就会削减，从而由这些采样点绘制的I-V 特性曲线的精确度就会降低。因此要选择最好的一个折衷方案。下面先求取系统所需的主电路参数值。电3.3 电容充电曲线示意图图3.3是电容充电曲线示意图，其中图线 2为光伏阵列的 I-V 特性曲线。从图中可以明显的看出，电容的实际充电时间介于以曲线 l和曲线 3充电方式充电时间之间。以曲线 3的方式给电容充电，即整个过程电流始终为短路电流。由电容的特性知，电容两端的电压 ut和流过电容的电流 it 之间的关系如下：（ 3-1）先运算第三条曲线：当忙充电时间 的时候， it=,ut= 就：（3