數字式光伏陣列模擬器的設計研究

2.2 系統控制策略

由于在某一環(huán)境條件下，電池板的輸出伏安特性曲線(xiàn)只有確定的一條，這樣，采集系統輸出的電壓電流，就可以得到輸出負載的大小。其負載線(xiàn)與輸出 I-U 曲線(xiàn)會(huì )有一個(gè)交點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)就是工作點(diǎn)，也就是圖 3 中的 B 點(diǎn)。這一工作點(diǎn)將對應一個(gè)電流和一個(gè)電壓。調節 BUCK 電路的 PWM 占空比，可使輸出電壓電流變換為工作點(diǎn)處的電壓電流，從而達到調節的目的。

具體調節時(shí)，若采集的電壓電流對應的負載工作點(diǎn)在 ( 點(diǎn) A) ，曲線(xiàn)外時(shí)，可以減小占空比 D 。以減小輸出電壓，從而使工作點(diǎn)沿負載線(xiàn)向 B 點(diǎn)移動(dòng)，此時(shí) B 點(diǎn)就是想要的工作點(diǎn)；而當采集的電壓電流對應的負載工作點(diǎn)在 ( 點(diǎn) A) ，曲線(xiàn)內部時(shí)，則可增大占空比 D ，從而增大輸出電壓，使工作點(diǎn)沿負載線(xiàn)向 B 點(diǎn)移動(dòng)。由于負載為阻性，所以，基于電壓和基于電流的調節是等效的。本文由于輸出電壓的惰性，設計時(shí)采用了基于電流的調節方式。

當外部環(huán)境不變，也就是太陽(yáng)能電池板的輸出曲線(xiàn)不變時(shí)，若負載變化，則馬上可以得到新的負載工作點(diǎn)，這樣，按照以上方法調節占空比，也可使負載工作點(diǎn)沿負載線(xiàn)方向移動(dòng)到我們想要的曲線(xiàn)上。

事實(shí)上，當負載不變，環(huán)境變化 ( 也就是曲線(xiàn)變化 ) 時(shí)，仍可按照事先存人的曲線(xiàn)數據把新的曲線(xiàn)調出來(lái)，然后與負載比較來(lái)得到新的工作點(diǎn)，之后仍按照以上方法調節占空比，使負載工作點(diǎn)沿負載線(xiàn)方向移動(dòng)到我們想要的曲線(xiàn)上。

3 算法實(shí)現流程

采用數據表查表法時(shí)，程序在逼近工作點(diǎn)的過(guò)程通常需要一定時(shí)間，因為算法本身需要一個(gè)步進(jìn)量，步進(jìn)量的大小選取也是個(gè)問(wèn)題，且方法復雜。而采用四折線(xiàn)法來(lái)實(shí)時(shí)計算工作點(diǎn)則具有計算量小，執行時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。

由太陽(yáng)能電池板輸出的伏安特性曲線(xiàn)可以看出，開(kāi)路點(diǎn)和短路點(diǎn)處的曲線(xiàn)都比較平滑，故可用四條折線(xiàn)來(lái)模擬。在這四條折線(xiàn)的方程曲線(xiàn)中，某一負載電阻 RL 必然與這四條折線(xiàn)的一條相交。這樣，就可以直接構造負載電阻 RL 與輸出電流的關(guān)系方程，進(jìn)而得到負載電阻 RL 與所需占空比 D 的關(guān)系方程。因此，在程序中只需計算一個(gè)除法和一個(gè)加法運算就可以得到所需的占空比 D ，實(shí)現起來(lái)簡(jiǎn)便易行。同樣，如果需要多組曲線(xiàn)，只需構造多組折線(xiàn)方程預先存入 ARM 中就可以了。其程序執行流程圖圖 4 所示。

4 SIMULINK 仿真結果分析

為了提高系統的響應速度，減小穩態(tài)誤差，本設計在電流反饋中使用了 PI 控制。其控制框圖如圖 5 所示。根據本文的控制策略，從測得的輸出電壓電流可以得到輸出負載 RL ，進(jìn)而得到參考電流 Iref 。把該電流與實(shí)際輸出電流相減再送人 PI 控制器中，然后用 PI 輸出控制調節占空比，進(jìn)而使實(shí)際輸出電流與 Iref 一致。