中小功率光伏陣列I-V特性測試技術(shù)研究

基于動(dòng)態(tài)電容充電的光伏陣列特性測試方法使用電容作為光伏陣列的負載，電容剛開(kāi)始充電時(shí)，電容兩端電壓為零，光伏陣列相當于短路；當電容充電結束后，電容兩端電壓為光伏陣列的開(kāi)路電壓，相當于光伏陣列開(kāi)路。整個(gè)測試過(guò)程為：由控制電路發(fā)出控制信號使K1閉合，光伏陣列開(kāi)始對電容C充電，電容電壓從零變化到開(kāi)路電壓，光伏陣列的工作點(diǎn)就會(huì )由短路電流處逐漸變化到開(kāi)路電壓處，在此過(guò)程中進(jìn)行光伏陣列輸出電壓和電流的采樣，從而得到光伏陣列在每個(gè)工作點(diǎn)的電壓和電流，由這些采樣點(diǎn)的組合就構成了當前環(huán)境條件下光伏陣列的I-V特性曲線(xiàn)。采樣結束后，斷開(kāi)K1，閉合K2，對C進(jìn)行放電，使電容保持零初始狀態(tài)。
3．2 充電電容的設計
電容值大小直接決定了充電時(shí)間的長(cháng)短，從而決定了采樣的速率和系統的體積。電容越大，充電時(shí)間越長(cháng)，有利于數據采樣，但系統體積增加；選擇較小的電容值，能夠減小系統體積，但電容充電時(shí)問(wèn)縮短，在采樣周期不變的情況下，采樣數據點(diǎn)數就會(huì )減少，從而由這些點(diǎn)繪制的I-V特性曲線(xiàn)的準確度就會(huì )降低。

圖3為電容充電曲線(xiàn)示意圖，由圖可見(jiàn)電容充電時(shí)間介于以曲線(xiàn)(1)和曲線(xiàn)(2)充電方式充電時(shí)間之間。
若以曲線(xiàn)(1)的方式給電容充電，整個(gè)充電過(guò)程電流始終為短路電流Isc。由電容特性可知電容兩端電壓u(t)與流過(guò)電容的電流i(t)的關(guān)系為：

由以上分析和實(shí)際試驗經(jīng)驗可知，電容實(shí)際充電時(shí)間約為由公式t=CUoc／Isc計算的值的3倍。系統中電壓測試范圍為0～1kV(Umax=1kV)，電流測試范圍為0～20 A(Imax=20 A)。在整個(gè)充電過(guò)程中采樣200個(gè)點(diǎn)，所選擇的A／D采樣芯片兩次數據轉換之間的時(shí)間間隔為2μs，故轉換時(shí)間應不低于400μs，再加上要對轉換結果進(jìn)行判斷，考慮一定的安全裕量，采樣時(shí)間應不低于10ms。
為保證小電壓大電流(Uoc1=Umax×3％=30 V，Isc1=Imax=20A)也能保證足夠的采樣時(shí)間，采樣時(shí)間應滿(mǎn)足：

根據公式(6)和(7)，選擇充電電容為2 mF。
3．3 放電電阻設計
為了保證不影響下一次充電測量的準確性，需要在每次電容充電完成后通過(guò)放電電阻R對電容放電。R越小，放電時(shí)間越快，但R上承受的功率越大；R越大，放電時(shí)間越長(cháng)，不利于系統工作快速性的要求。綜合實(shí)際情況，取放電時(shí)間為10s。電容電壓U與t關(guān)系為：U=Uocexp[-t／(RC)]，當t=5RC時(shí)，認為電容兩端電壓接近零。t=10s，C=2mF，解得R=1kΩ。