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，采集系統輸出的電壓電流，就可以得到輸出負載的大小。其負載線與輸出 I-U 曲線會有一個交點，這個點就是工作點，也就是圖 3 中的 B 點。這一工作點將對應一個電流和一個電壓。調節 BUCK 電路的 PWM 占空比，可使輸出電壓電流變換為工作點處的電壓電流，從而達到調節的目的。

具體調節時，若采集的電壓電流對應的負載工作點在 ( 點 A) ，曲線外時，可以減小占空比 D 。以減小輸出電壓，從而使工作點沿負載線向 B 點移動，此時 B 點就是想要的工作點；而當采集的電壓電流對應的負載工作點在 ( 點 A) ，曲線內部時，則可增大占空比 D ，從而增大輸出電壓，使工作點沿負載線向 B 點移動。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，設計時采用了基于電流的調節方式。

當外部環境不變，也就是太陽能電池板的輸出曲線不變時，若負載變化，則馬上可以得到新的負載工作點，這樣，按照以上方法調節占空比，也可使負載工作點沿負載線方向移動到我們想要的曲線上。

事實上，當負載不變，環境變化 ( 也就是曲線變化 ) 時，仍可按照事先存人的曲線數據把新的曲線調出來，然后與負載比較來得到新的工作點，之后仍按照以上方法調節占空比，使負載工作點沿負載線方向移動到我們想要的曲線上。

3 算法實現流程

采用數據表查表法時，程序在逼近工作點的過程通常需要一定時間，因為算法本身需要一個步進量，步進量的大小選取也是個問題，且方法復雜。而采用四折線法來實時計算工作點則具有計算量小，執行時間短等優點。

由太陽能電池板輸出的伏安特性曲線可以看出，開路點和短路點處的曲線都比較平滑，故可用四條折線來模擬。在這四條折線的方程曲線中，某一負載電阻 RL 必然與這四條折線的一條相交。這樣，就可以直接構造負載電阻 RL 與輸出電流的關系方程，進而得到負載電阻 RL 與所需占空比 D 的關系方程。因此，在程序中只需計算一個除法和一個加法運算就可以得到所需的占空比 D ，實現起來簡便易行。同樣，如果需要多組曲線，只需構造多組折線方程預先存入 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 ，進而得到參考電流 Iref 。把該電流與實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，進而使實際輸出電流與 Iref 一致。