數(shù)字式光伏陣列模擬器的設(shè)計(jì)研究

2.2 系統(tǒng)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只有確定的一條，這樣，采集系統(tǒng)輸出的電壓電流，就可以得到輸出負(fù)載的大小。其負(fù)載線與輸出 I-U 曲線會(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(duì)應(yīng)一個(gè)電流和一個(gè)電壓。調(diào)節(jié) 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(dá)到調(diào)節(jié)的目的。

具體調(diào)節(jié)時(shí)，若采集的電壓電流對(duì)應(yīng)的負(fù)載工作點(diǎn)在 ( 點(diǎn) A) ，曲線外時(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(fù)載線向 B 點(diǎn)移動(dòng)，此時(shí) B 點(diǎn)就是想要的工作點(diǎn)；而當(dāng)采集的電壓電流對(duì)應(yīng)的負(fù)載工作點(diǎn)在 ( 點(diǎn) A) ，曲線內(nèi)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(fù)載線向 B 點(diǎn)移動(dòng)。由于負(fù)載為阻性，所以，基于電壓和基于電流的調(diào)節(jié)是等效的。本文由于輸出電壓的惰性，設(shè)計(jì)時(shí)采用了基于電流的調(diào)節(jié)方式。

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

事實(shí)上，當(dāng)負(fù)載不變，環(huán)境變化 ( 也就是曲線變化 ) 時(shí)，仍可按照事先存人的曲線數(shù)據(jù)把新的曲線調(diào)出來(lái)，然后與負(fù)載比較來(lái)得到新的工作點(diǎn)，之后仍按照以上方法調(diào)節(jié)占空比，使負(fù)載工作點(diǎn)沿負(fù)載線方向移動(dòng)到我們想要的曲線上。

3 算法實(shí)現(xiàn)流程

采用數(shù)據(jù)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?yàn)樗惴ū旧硇枰粋€(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(fù)雜。而采用四折線法來(lái)實(shí)時(shí)計(jì)算工作點(diǎn)則具有計(jì)算量小，執(zhí)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可以看出，開(kāi)路點(diǎn)和短路點(diǎn)處的曲線都比較平滑，故可用四條折線來(lái)模擬。在這四條折線的方程曲線中，某一負(fù)載電阻 RL 必然與這四條折線的一條相交。這樣，就可以直接構(gòu)造負(fù)載電阻 RL 與輸出電流的關(guān)系方程，進(jìn)而得到負(fù)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(jì)算一個(gè)除法和一個(gè)加法運(yùn)算就可以得到所需的占空比 D ，實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)便易行。同樣，如果需要多組曲線，只需構(gòu)造多組折線方程預(yù)先存入 ARM 中就可以了。其程序執(zhí)行流程圖圖 4 所示。

4 SIMULINK 仿真結(jié)果分析

為了提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，減小穩(wěn)態(tài)誤差，本設(shè)計(jì)在電流反饋中使用了 PI 控制。其控制框圖如圖 5 所示。根據(jù)本文的控制策略，從測(cè)得的輸出電壓電流可以得到輸出負(fù)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(diào)節(jié)占空比，進(jìn)而使實(shí)際輸出電流與 Iref 一致。