【正文】 3 硅太陽電池的伏安特性曲線II擾動觀察法。如圖 24所示，擾動觀察法的原理是先擾動光伏陣列的輸出電壓值（Upv +ΔU ）,再測量功率變化，設(shè)測得當前陣列輸出功率為Pd ，與擾動之前功率值Pi 相比，若PdPi ，即功率值增加，則表示擾動方向正確，可朝同一（+ΔU ）方向擾動；反之，若PdPi ，即擾動后的功率值小于擾動前，則往相反（－ΔU ）方向擾動。如此可以實現(xiàn)搜索到陣列的最大功率輸出功率點并動態(tài)的保持它。在進行尋優(yōu)的過程中，引入了一個參考電壓Uref ，是為了讓Ud 不斷的跟蹤它，在尋優(yōu)過程中不斷的更新Uref ，使它逐漸逼近相應(yīng)于陣列最大功率點的電壓Um。其具體的控制算法如圖 24 所示。寄存器存放每一周期Uref 的值。首先計算太陽能電池的輸出功率Ppv(k)，并與上一周期的輸出功率Ppv(k1) 比較，從而調(diào)整Uref 的大小。在實際應(yīng)用中，可以通過調(diào)節(jié)占空比來調(diào)節(jié)太陽能電池輸出電壓Upv 。圖24 光伏輸入PV曲線（3）增量電導(dǎo)法。假設(shè)太陽能電池的輸出功率為：P=UI對U求導(dǎo)：==I+U由PV曲線假設(shè)最大功率點電壓為Umax,當0時，UUmax。此時，當0時，UUmax。此時，當=0時，U=Umax此時，=太陽能電池PV 和dP / dV V 關(guān)系圖如圖所示圖25 PV 和dP / dV V 關(guān)系圖 蓄電池充放電控制策略此系統(tǒng)是太陽能電池陣列和蓄電池組的復(fù)合系統(tǒng)，在對光伏系統(tǒng)的研究中，蓄電池壽命是制約光伏系統(tǒng)性能的瓶頸。在系統(tǒng)研發(fā)過程中，對蓄電池進行合理的充放電和保護[16]將大大延長蓄電池的使用壽命。蓄電池充電電壓曲線如圖26所示 圖26 充電端電壓的變化曲線充電初期，oa段，蓄電池端電壓升高很快。充電中期，ab段，電勢增高漸慢。充電后期，cd段，兩個極板上會析出氣體，由于氣體為不良導(dǎo)體，蓄電池內(nèi)阻增大，端電壓繼續(xù)上升。最后，在d點電解液沸騰。此后在充電，僅是水的電解，如果在D點停止充電，此后，極板內(nèi)外電解液濃度趨于相同。目前，蓄電池的充電方法分為兩類：①常規(guī)充電法。常規(guī)充電法有兩種，即：恒流充電和恒壓充電。恒流充電是在充電過程中充電電流不變，隨著蓄電池電壓的變化要進行電流調(diào)整，使充電電流不變，充電電壓和充電電流的關(guān)系如圖27所示，但是不足之處是，蓄電池開始充電電流偏小，在充電后期充電電流偏大，充電電壓高，特別是在充電后期，析出氣體多，對蓄電池極板沖擊大，能耗高。圖27 恒流充電曲線恒壓充電，即一恒定電壓對蓄電池充電，在充電初期，由于蓄電池電壓低，充電電流很大，隨著蓄電池電壓的逐漸升高，電流逐漸減小，在充電末期，只有很小的電流通過。這樣在充電過程中就不必調(diào)整電流，如圖28所示，相對恒流充電來說，此法充電電流自動減小，充電過程中析氣量小，充電時間短，能耗低。 圖28 恒壓充電曲線 ②快速充電法?？焖俪潆姺ㄓ校好}沖式充電法，變電流間歇充電法，快速充電法等，,MAS(馬斯)[17]提出的最佳充電曲線進行研究的。即，采用智能控制的方法，讓蓄電池的充電電流始終保持在可接受電流的附近。由于在光伏系統(tǒng)中，對蓄電池充電的同時還必須考慮電源電流的源頭是否足夠，太陽能光伏陣列并非真正意義的“無限電源”，他提供給蓄電池的最大充電電流是有限的。因此，目前還不能采用快速充電法充電。本系統(tǒng)中的充電方式（1） 當太陽能電池板陣列輸出能量不足以提供蓄電池在當前充電情況下充電所需能量，此時采用最大功率點跟蹤方式，陣列輸出的能量全部由蓄電池收納。（2） 當陣列輸出的能量超過蓄電池在當前充電情況下充電所需的能量時，陣列就不運行在MPPT方式，而采用恒流和恒壓結(jié)合的充電方式。（3） 適當過充有利于蓄電池容量的恢復(fù)，特別是在蓄電池深度放電后，分組蓄電池增大放電電流，減少蓄電池酸分層和結(jié)晶大小。 基于數(shù)字PID的控制方案該系統(tǒng)的反饋控制框圖如圖29所示操縱變量q擾動D控制變量u+偏差e設(shè)定值r控制器TMS320F28035執(zhí)行器PWM調(diào)節(jié)器控制通道BUCK變換器蓄電池干擾通道光伏電池測量變送電壓、電流反饋圖29 光伏系統(tǒng)的反饋控制框圖上述系統(tǒng)為單輸入輸出系統(tǒng)，在此類系統(tǒng)中應(yīng)用最典型的規(guī)律就是PID規(guī)律[18]。PID規(guī)律即比例積分微分控制規(guī)律。在本系統(tǒng)中，PID控制器的輸入量（AD采集值）和輸出量（PWM引腳的高低電平）均為數(shù)字量，因此采用數(shù)字PID控制算法，其原理如下：在連續(xù)系統(tǒng)中，PID控制器的輸出u(t)與輸入e（t）之間的關(guān)系為：①上式中,比例增益； 積分時間常數(shù)； 微分時間常數(shù)； e(t)被控量與設(shè)定值之間的偏差； u(t)控制量如果在上式中用和式代替積分，用差分代替微分，即式中：T采樣周期。則式①演變?yōu)棰谟胟1代替 k，則②式變化為： =：控制參數(shù)對動態(tài)性能的影響對穩(wěn)態(tài)性能的影響比例系數(shù)加大，系統(tǒng)的動作更靈敏速度加快。偏大，震蕩次數(shù)增多，調(diào)節(jié)時間加長，系統(tǒng)趨于不穩(wěn)定；偏小，系統(tǒng)動作緩慢在系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，加大，可減小系統(tǒng)的靜差，提高控制精度。加大,只能減小靜差，并不能完全消除靜差積分時間常數(shù)積分控制環(huán)節(jié)的加入通常使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降；太小，系統(tǒng)將不穩(wěn)定。偏小，震蕩次數(shù)較多；太大，對系統(tǒng)性能的影響減小積分控制環(huán)節(jié)能消除系統(tǒng)的靜差，提高控制系統(tǒng)的精度。但若太大，積分作用不明顯，消除靜差的作用有限微分時間常數(shù)微分控制環(huán)節(jié)的加入可使超調(diào)量減少，系統(tǒng)調(diào)節(jié)時間縮短。偏大或偏小，都會導(dǎo)致超調(diào)量較大，調(diào)節(jié)時間較長加入微分環(huán)節(jié)，允許比例系數(shù)及積分時間常數(shù)有更大的調(diào)節(jié)空間，從而可使系統(tǒng)的靜差減小，提高控制精度3 基于DSP的精密測控部分設(shè)計該部分為控制器，A\D轉(zhuǎn)換器，BUCK變換器組成的閉合回路，如圖31所示太陽能電池陣列BUCK變換器蓄電池A/D轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換TMS320F28035驅(qū)動電 路圖31 精密測控部分整體結(jié)構(gòu)由于太陽能電池的輸出功率受到環(huán)境的影響而不斷變化，為了實現(xiàn)對其最大功率點進行跟蹤，這就要求系統(tǒng)的實時性要強，也就是要求系統(tǒng)的響應(yīng)速度要快，為此，系統(tǒng)TMS320F28035作為檢測部分。其主要功能如下：216。 32位定點高速DSP芯片216。 工作頻率60MHZ,保證了控制和信號處理的快速性和實時性216。 14/16路ADC216。 12/14路ePWM輸出216。 3個32位通用定時器216。 45個PIE擴展中斷216。 SPI、SCI和eCAN 總線接口、電流傳感器選擇在電壓、電流傳感器選擇中，有互感器[19]，分流器[20]，霍爾電流、電壓傳感器/變送器[21]可供選擇，然而互感器只適用于50Hz工頻測量；分流器無法進行隔離測量，因此霍爾電流、電壓傳感器/變送器是唯一的最好的選擇，霍爾電流、電壓傳感器/變送器具有優(yōu)越的電性能：216。 能隔離主電路回路和電子控制電路的電檢測元件。216。 它綜合了互感器和分流器的所有優(yōu)點。216。 可以檢測交流、直流和瞬態(tài)峰值。① 電壓傳感器選擇本系統(tǒng)電壓傳感器選用VSM025A（如圖32示）,此傳感器有5個接線端子。其中兩個為原邊端子：被測電壓輸入端+，被測電壓輸入端，分別接被測電壓輸入端的正極和負極，另外三個為副邊端子：+端：電源+15V。端：電源15V。M端：信號輸出端。+HT + VSM025A MHT +15V15VGNDOUT圖32 霍爾電壓傳感器② 電流傳感器選擇本系統(tǒng)電流傳感器選用CSM300LT（如圖33示）,此傳感器有三個接線端子：+端：電源+15V。端：電源15V。M端：信號輸出端。CSM300LT +M IP被測電流+15VGND15VOUT圖33 霍爾電流傳感器當原邊導(dǎo)線經(jīng)過電流傳感器時，原邊電流IP會產(chǎn)生磁力線，原邊磁力線集中在磁芯氣隙周圍，內(nèi)置在磁芯氣隙中的霍爾電片可產(chǎn)生和原邊磁力線成正比的，大小僅為幾毫伏的感應(yīng)電壓，通過后續(xù)電子電路可把這個微小的信號轉(zhuǎn)變成副邊電流IS，并存在以下關(guān)系式：IS* NS= IP*NP其中，IS—副邊電流；IP—原邊電流；NP—原邊線圈匝數(shù)；NS—副邊線圈匝數(shù)；NP/NS—匝數(shù)比，一般取NP=1。電流傳感器的輸出信號是副邊電流IS，它與輸入信號（原邊電流IP）成正比IS一般很小，只有10~400mA。如果輸出電流經(jīng)過測量電阻RM，則可以得到一個與原邊電流成正比的大小為幾伏的電壓輸出信號。 BUCK電路器件選擇 該buck電路采用如圖34所示的結(jié)構(gòu)圖34 BUCK電路結(jié)構(gòu)在此電路中，L1和C1組成低通濾波器，使光伏輸入的直流分量可以通過，而抑制諧波分量，電容的輸出為直流分量附加微小的紋波。續(xù)流二極管選用快恢復(fù)二極管[22]，此電路要求快恢復(fù)二極管的額定工作電流和反向耐壓必須滿足電路要求，型號為DSEI 12012A[23]圖35。耐壓1200V，電流60A，恢復(fù)時間40ns。