光伏電池陣列的研制

由于半橋母線電壓為100V，單個(gè)管子承受耐壓應(yīng)該在100V以上，系統(tǒng)最大輸出電流為3.5A。綜合以上因素后，我們選擇Infinion公司生產(chǎn)的IGBT單管IKW40N120T2，其耐壓1200V，可通過的均值電流40A，且該單管價(jià)格便宜，開通、關(guān)斷時(shí)間極短，開通壓降只有1.7V，因此，開關(guān)損耗較小，是較理想的選擇。

在本系統(tǒng)中，一共需要四路采集，分別是半橋高低端電壓采集，輸出電壓電流采集。這四路信號(hào)都要設(shè)定過壓或過流保護(hù)。采集電流信號(hào)使用電流傳感器，采集電壓信號(hào)使用電阻分壓的形式。本設(shè)計(jì)的采集電路使用差分信號(hào)傳輸，并基于三級(jí)采集電路設(shè)計(jì)：首先使用全差分放大器LTC1992進(jìn)行單端到差分信號(hào)的轉(zhuǎn)換；然后使用模擬線性光耦HCPL7840進(jìn)行信號(hào)隔離；最后使用儀用運(yùn)放INA121將信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)放大。

4 控制算法實(shí)現(xiàn)

4.1 尋找負(fù)載工作點(diǎn)的算法設(shè)計(jì)

光伏模擬器主要是跟蹤負(fù)載的工作點(diǎn)，使得模擬器在不同負(fù)載情況下的輸出能滿足光伏陣列的輸出特性。靜態(tài)工作點(diǎn)的確定是模擬器的關(guān)鍵，如何在一特定負(fù)載下快速尋找到期望工作點(diǎn)，并使電源工作在這個(gè)點(diǎn)上。當(dāng)負(fù)載變化，或是環(huán)境條件變化時(shí)，又如何找到新的工作點(diǎn)，并快速且精確的控制電源運(yùn)行在這個(gè)工作點(diǎn)上，是模擬器控制算法所要解決的核心問題。

當(dāng)負(fù)載電阻確定后，想要確定工作點(diǎn)處的電壓電流，需要代入式(1)進(jìn)行計(jì)算，但公式復(fù)雜，且涉及指數(shù)運(yùn)算，在程序?qū)崿F(xiàn)上十分麻煩，而且也會(huì)影響系統(tǒng)響應(yīng)的速度。從我們研究太陽能電池的輸出I-V特性曲線可以看到，在短路電流點(diǎn)附近，電池板接近恒流，輸出I-V曲線在這一段接近一條直線；在開路電壓點(diǎn)附近，電池板接近恒壓，輸出I-V曲線在這一段也接近一條直線。所以我們用四條直線來對(duì)電池板輸出I-V曲線進(jìn)行擬合，如圖3所示。

只要我們采集輸出電壓電流，得到負(fù)載電阻，其伏安特性曲線是一條通過原點(diǎn)的直線，這一直線與上面某一條直線必然交于一點(diǎn)，這一點(diǎn)就是我們系統(tǒng)的理想工作點(diǎn)。然后再根據(jù)這一點(diǎn)的電壓和半橋公式就能得到系統(tǒng)需要發(fā)出的占空比。

4.2 PI控制算法在模擬器中的應(yīng)用

為了提高系統(tǒng)速度和減少靜態(tài)誤差，在控制系統(tǒng)中應(yīng)用了PI控制算法，本設(shè)計(jì)的控制結(jié)構(gòu)見圖4。根據(jù)上文的控制策略，從測(cè)得的輸出電壓電流，可以得到輸出負(fù)載RL，進(jìn)而得到參考電壓Vref，它與實(shí)際輸出電壓相減送入PI控制器中，PI輸出控制調(diào)節(jié)占空比，進(jìn)而使實(shí)際輸出電壓與Vref一致。

將上述得到的理論、代入程序中，運(yùn)行測(cè)得輸出幾乎與理論值一致，偏差基本都在0.3V以內(nèi)，證明了我們整定的參數(shù)是成功的。