光伏電池陣列的研制

由于半橋母線電壓為100V，單個管子承受耐壓應(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，且該單管價格便宜，開通、關(guān)斷時間極短，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。這四路信號都要設(shè)定過壓或過流保護。采集電流信號使用電流傳感器，采集電壓信號使用電阻分壓的形式。本設(shè)計的采集電路使用差分信號傳輸，并基于三級采集電路設(shè)計：首先使用全差分放大器LTC1992進行單端到差分信號的轉(zhuǎn)換；然后使用模擬線性光耦HCPL7840進行信號隔離；最后使用儀用運放INA121將信號進行適當放大。

4 控制算法實現(xiàn)

4.1 尋找負載工作點的算法設(shè)計

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

當負載電阻確定后，想要確定工作點處的電壓電流，需要代入式(1)進行計算，但公式復雜，且涉及指數(shù)運算，在程序?qū)崿F(xiàn)上十分麻煩，而且也會影響系統(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電池板輸出I-V曲線進行擬合，如圖3所示。

只要我們采集輸出電壓電流，得到負載電阻，其伏安特性曲線是一條通過原點的直線，這一直線與上面某一條直線必然交于一點，這一點就是我們系統(tǒng)的理想工作點。然后再根據(jù)這一點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)計的控制結(jié)構(gòu)見圖4。根據(jù)上文的控制策略，從測得的輸出電壓電流，可以得到輸出負載RL，進而得到參考電壓Vref，它與實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，進而使實際輸出電壓與Vref一致。

將上述得到的理論、代入程序中，運行測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。