一種新型光伏控制器PWM控制方法
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1 現有控制方式的不足
現有的直通型光伏控制器對蓄電池充放電的控制通常采用3類充放電控制模式。(1)逐級投入式系統[3]，即將光伏電池分成N個獨立的光伏子陣列，定義N個蓄電池電壓控制點Vi(i=1，2，…N；ViVi+1)，當蓄電池電壓大于Vi時，第i個光伏子陣列關斷，反之則導通。這樣就形成了隨著蓄電池電壓的增加，充電電流階梯式逐級減少；反之則逐級增大。優點：這種充電控制方式基本滿足了蓄電池的充電需要，控制邏輯簡單、易于實現，電子功率開關器件的開關能量損失很小；缺點：控制精度不高，電壓波動范圍大，一些先進的自動控制算法無法實現。(2)在此基礎上增加了時間因素的改良型控制方式，將蓄電池電壓控制點設置為1個控制點Vs。當蓄電池電壓大于Vs時，第i個光伏子陣列關斷，延時1個固定時間后，如果蓄電池電壓仍然大于Vs，再關斷第i+1個光伏子陣列，依次類推，直到第N個光伏子陣列關斷；反之則導通，導通過程同樣有上述延時。優點：這種充電控制方式減少了蓄電池電壓的變化范圍，兼有前一種充電控制方式的優點；缺點：容易導致控制器的震蕩，尤其是延遲時間的選擇，要隨著太陽能電池、蓄電池容量和負載的配置變化而變化，否則會導致失控，嚴重者會導致蓄電池過充或過放而報廢。(3)脈寬調制式系統(全控型的PWM控制方式)，即光伏電池不分子陣列，將全部光伏子陣列并聯后形成1個總的光伏電池陣列，再以大功率電子開關做全通全斷型PWM控制，此法可將蓄電池電壓精確控制在1個電壓點。優點：電壓控制精度高，可采用各種先進的自動控制算法；缺點：功率電子開關器件的開關功率損耗較大，在相同的電壓等級下，對功率電子開關器件的電流等級要求很高，對器件要求苛刻，對于大功率光伏控制器，散熱片體積較大。
2 精粗調組合PWM新控制方法
針對上述3種方案的缺點，本文提出了一種精粗調組合PWM控制的新控制方法。仍然將光伏電池分成N個獨立的相同配置的光伏子陣列(i=1，2，…N)，但是只有第1個光伏子陣列(i=1)采用PWM控制，其余的光伏子陣列(i=2，3，…N)仍然采用普通的開關控制，控制方式為：假設N個光伏子陣列全部導通時的總光伏電流為I，則每個光伏子陣列單獨導通時的光伏電流為I/N，如果第1個光伏子陣列的PWM控制占空比變化范圍為0~K，則第1個光伏子陣列的PWM電流可以精確控制到(j/K)×(I/N)，其中j=0~K變化；如果將第1個光伏子陣列的PWM精確控制和其余N-1個光伏子陣列的開關粗略控制相配合，則可以得到電流變化范圍在0~I之間的任意的精確電流輸出，其值為：(j/K+m)×(I/N)，其中m是其余N-1個光伏子陣列導通的個數，m=0~N-1(m=0，表示其余N-1個光伏子陣列全部關斷)；控制器只需要選擇計算m(0~N-1)和j(0~K)值的大小，就可以控制精確的光伏電流輸出，電流分辨精度為I/(KN)，相當于前述第3類全控型的PWM控制方式中PWM占空比變化范圍是0~KN的控制效果。
3 精粗調組合PWM控制實現
本控制器的微處理器采用的是C8051F020單片機[4]，如圖1所示。通過外部2個電流傳感器和電壓檢測電路，分別經過微處理器內部AD轉換獲取光伏電流、負載電流和蓄電池電壓等參數。微處理器同時發出N個開關控制信號，其中第1個信號由微處理器內部的PWM控制單元產生，第2~N個信號由微處理器內部的普通數字I/O口(非PWM)產生。當第i個功率電子器件被控制導通時，第i個光伏子陣給蓄電池充電，并為負載供電，對蓄電池充電控制的原則是在不同的時段進行不同的恒壓充電。充電過程分為強充、均充、吸收和浮充4個過程，除強充外，均充、吸收和浮充3個階段都是恒壓控制，對蓄電池的恒壓控制可以采用各種智能控制算法，本控制器具體采用的是PI(比例積分)調節算法，再配合精粗調組合PWM控制方法綜合實現。
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