數字式光伏陣列模擬器的設計研究

圖 6 是用 SIMUUNK 工具構造的仿真模型。用該系統模擬的太陽(yáng)能電池板的最大輸出功率為 120 W 。由 150 V 直流電源提供輸入，經(jīng) BUCK 降壓電路后加在負載 RL 上。再將測得的負載兩端電壓除以電流，就可得到輸出負載 RL 的值。為了避免繁瑣的計算，提高系統的響應速度，可以將打算輸出的電池板的 I-U 曲線(xiàn)擬合成 RL-Iref 關(guān)系曲線(xiàn)。再做成 Lookup Table 數據表。這樣，通過(guò)查表就很容易得到參考電流 Iref 。如果想要擬合不同日照溫度下的電池板的 I-U 曲線(xiàn)，只要把 LookupTable 的值進(jìn)行相應的更換就可以了。

本文采用試湊法對 PI 控制器的參數進(jìn)行了整定。首先將積分時(shí)間常數 Ti 取零，即取消積分作用，而采用純比例控制。然后將比例增益 P 由小變到大，并觀(guān)察系統響應，直至系統響應速度變快到一定范圍的超調為止。之后再將積分時(shí)間常數 Ti 由大逐漸減小，使積分作用逐漸增強，這樣，觀(guān)察輸出會(huì )發(fā)現系統的靜差會(huì )逐漸減少直至消除。操作時(shí)可以反復試驗幾次，直到消除靜差的速度滿(mǎn)意為止。本設計最終選擇 P=200 ， Ti=2 。

根據系統電壓要求及 BUCK 電路特性可以算出電感 L 取 2 mH ，電容 C 取 100 μ F ， ARM 存入的 I-U 曲線(xiàn)的開(kāi)路電壓為 40 V ，短路電流為 3 A 。當取 RL=24 Ω時(shí)，根據光伏電池的 I-U 曲線(xiàn)，系統應輸出 36.54 V 電壓，輸出電流為 1.524 A ，仿真后得到負載兩端的電壓波形如圖 7 所示。

由圖 7 可以看出，所得到的電壓電流值剛好就是想要得到的 I-V 曲線(xiàn)上的點(diǎn)。系統從開(kāi)機到穩定值的動(dòng)態(tài)響應時(shí)間約為 10 ms ，響應速度比較快。由于 PI 超調的作用，剛開(kāi)始有一個(gè)明顯的尖峰電壓電流，在實(shí)際實(shí)驗中，應在負載兩端并聯(lián)一個(gè)高耐壓的小電容，以吸收尖峰電壓。

更換負載電阻的大小可使每個(gè)阻值對應一對電壓電流值，也就是負載工作點(diǎn)。圖 8 用符號‘ * '表示。把這些工作點(diǎn)與預存的光伏電池的 I-U 曲線(xiàn)相比可知，這些工作點(diǎn)大致在光伏電池 I-U 曲線(xiàn)附近，其多點(diǎn)仿真結果如圖 8 所示。

5 結束語(yǔ)

本文用 SIMULINK 開(kāi)發(fā)出了一種新的太陽(yáng)能電池陣列模擬器的仿真模型，并提出了一種基于四折線(xiàn)法來(lái)進(jìn)行光伏電池陣列輸出曲線(xiàn)的分段擬合方法。論證了一種用電流反饋 PI 控制 BUCK 電路做成的光伏電池陣列模擬器。由仿真結果可以看到，本系統可以較快的擬合出想要的電池陣列輸出 I-V 曲線(xiàn)?？梢栽诠夥l(fā)電系統研究中，代替實(shí)際的太陽(yáng)能電池來(lái)進(jìn)行實(shí)驗。