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电工电气

电工电气

 

   (2012 No.5)

代函数依次进行迭代，其原理如图5所示。

首先，设定初始值，即此时电源的工作电流

I

0

，

I

0

与负载特性曲线交于

P

0

点，此时负载的电压

为

U

0

，

U

0

所对应的太阳能电池阵列特性曲线上的点为

Q

0

点，则下一次的指令电流为

I

1

=

I

0

+

L

[

f

(

U

0

)-

I

0

]，其

中，

f

(

U

0

)为太阳能电池阵列的数学物理模型，得

到下一个工作点与负载特性曲线交于

P

1

点，此时负

载的电压为

U

1

，

U

1

所对应的太阳能电池阵列特性曲

线上的点为

Q

1

点，由此类推，最终可以迭代至负载

特性曲线与光伏特性曲线的交点

P

点。但由公式(1)

可见，光伏阵列的模型是一个复杂函数，如果用在

控制器编程里，参数和方程的计算涉及到多次对数

运算，对于DSP等控制器来说完成对数运算并非易

事；或者采用查表法需要输入繁琐的数据表而且在

本系统中失去意义；或者调用系统库函数从而占用

大量计算时间，降低系统的动态响应速度。

综合以上算法优缺点，本文先将光伏模块的工

程数学模型线性化，根据曲线特性，利用多段折线法

将给定

I

-

V

曲线通过最小二乘法分成5段折线拟合，端

点坐标分别取 ：

(0，8.15)、(30，8.15)、(40.6，7.88)、

(47.6，7.15)、(53，5.6)、(59.8，0)，拟合曲线

与光伏特性输出曲线对比如图6所示，其中实线为

光伏特性输出曲线，虚线为其拟合曲线。

由图6可知，拟合后的曲线与模型曲线相差很

小，完全可以满足模拟器的精度要求。经过拟合，原

本复杂的函数变为一个分段线性函数，再通过迭代

法进行跟踪，并且从光伏电池输出特性曲线中可以

看出，在短路电流点附近，光伏输出接近恒流，输

出

I

-

V

曲线在这一段近似于一条平行于

V

轴的直线，适

合进行电流跟踪；在开路电压点附近，电压的变化

量较小，适合于电压跟踪，基于以上分析，提出了

一种基于逐点差值比较法的双闭环分段跟踪策略，其

跟踪流程如图7所示。

3  仿真验证

根据上文提出的主电路以及控制方案，利用

MATLAB软件建模，其中Buck电路中电感

L

=3 mH，

C

d

=

470μF，

C

0

=22μF，MOSFET管的开关频率为20 kHz。改

变Buck电路的负载

R

0

观察其跟踪精度以及跟踪速

度：负载初始值为10Ω，在

t

=0.008 s时刻突变为

6.657Ω(最大功率点)，当

t

=0.015 s时，改变负载

为5Ω，此时，控制方式由电压跟踪转变为电流跟
踪。仿真结果如图8、图9所示，结果证明：电压和

电流稳定值与模型的误差小于4%，当负载突变时可

在0.003 s之内重新达到稳态。

图5 逐点差值比较法示意图

Q

0

电压/

V

电流/

A

9

0

1

2

3

4

5

6

7

8

10

20

30

40

50

60

Q

1

Q

2

P

R

1

P

0

P

1

P

2

图6 拟合曲线示意图

图7 软件跟踪流程图

功率电路

输出电流、输出

电压采样处理

I

k

＞7.2?

I

k+1

＞8.15?

U

k+1

＞59.8?

PI调节

PWM输出

I

k+1

=I

k

+L[ f(U

k

)-I

k

]

U

k+1

=U

k

+L[ f(I

k

)-U

k

]

I

k+1

=8.15

U

k+1

=59.8

是

否

是

否

否

是

基于MATLAB软件的光伏阵列模拟器的研究

9

0

1

2

3

4

5

6

7

8

10

20

30

40

50

60

电压/

V

电流/

A

(下转第20页)