数字式光伏阵列模拟器的设计研究

图 6 是用 SIMUUNK 工具构造的仿真模型。用该系统模拟的太阳能电池板的最大输出功率为 120 W 。由 150 V 直流电源提供输入，经 BUCK 降压电路后加在负载 RL 上。再将测得的负载两端电压除以电流，就可得到输出负载 RL 的值。为了避免繁琐的计算，提高系统的响应速度，可以将打算输出的电池板的 I-U 曲线拟合成 RL-Iref 关系曲线。再做成 Lookup Table 数据表。这样，通过查表就很容易得到参考电流 Iref 。如果想要拟合不同日照温度下的电池板的 I-U 曲线，只要把 LookupTable 的值进行相应的更换就可以了。

本文采用试凑法对 PI 控制器的参数进行了整定。首先将积分时间常数 Ti 取零，即取消积分作用，而采用纯比例控制。然后将比例增益 P 由小变到大，并观察系统响应，直至系统响应速度变快到一定范围的超调为止。之后再将积分时间常数 Ti 由大逐渐减小，使积分作用逐渐增强，这样，观察输出会发现系统的静差会逐渐减少直至消除。操作时可以反复试验几次，直到消除静差的速度满意为止。本设计最终选择 P=200 ， Ti=2 。

根据系统电压要求及 BUCK 电路特性可以算出电感 L 取 2 mH ，电容 C 取 100 μ F ， ARM 存入的 I-U 曲线的开路电压为 40 V ，短路电流为 3 A 。当取 RL=24 Ω时，根据光伏电池的 I-U 曲线，系统应输出 36.54 V 电压，输出电流为 1.524 A ，仿真后得到负载两端的电压波形如图 7 所示。

由图 7 可以看出，所得到的电压电流值刚好就是想要得到的 I-V 曲线上的点。系统从开机到稳定值的动态响应时间约为 10 ms ，响应速度比较快。由于 PI 超调的作用，刚开始有一个明显的尖峰电压电流，在实际实验中，应在负载两端并联一个高耐压的小电容，以吸收尖峰电压。

更换负载电阻的大小可使每个阻值对应一对电压电流值，也就是负载工作点。图 8 用符号‘ * '表示。把这些工作点与预存的光伏电池的 I-U 曲线相比可知，这些工作点大致在光伏电池 I-U 曲线附近，其多点仿真结果如图 8 所示。

5 结束语

本文用 SIMULINK 开发出了一种新的太阳能电池阵列模拟器的仿真模型，并提出了一种基于四折线法来进行光伏电池阵列输出曲线的分段拟合方法。论证了一种用电流反馈 PI 控制 BUCK 电路做成的光伏电池阵列模拟器。由仿真结果可以看到，本系统可以较快的拟合出想要的电池阵列输出 I-V 曲线。可以在光伏发电系统研究中，代替实际的太阳能电池来进行实验。