光-氢转换系统电力电子模块研究

根据稳态运行时的参数及电路参数，在控制对象中，Us=28 V，Req=0．14 Ω，L=40 μH，C=20 μF。电流反馈网络采用开环霍尔传感器ACS714加低通滤波器，可求得反馈网络传递函数为：
H(s)=K／(R1C1s+1) (3)
式中：K=0．033；R1=100 Ω；C1=0．1μF。
控制器采用单零点PI算法，则：
C(s)=(Kps+Ki)／s (4)
由上述分析可得闭环传递函数为：
φ(s)=C(s)G(s)H(s) (5)
用Matlab可得在PI调节器补偿后开环传递函数频率响应曲线，如图5所示。可见，当Kp=3，Ki=3 000时，交越频率为10 kHz，为开关频率的1／5，相位裕量为59．9°，能满足系统稳态与动态需求。

电力电子模块采用dsPIC33FJ64GS606型数字信号控制器来进行底层电流控制及本地功率管理(光伏功率追踪)。器件外设为带有丰富功能的PWM外设，利用边沿对齐互补的PWM模式，通过各路PWM的非独立式移相寄存器PHASE来设定各路PWM的相移，生成两路50 kHz的PWM相位相差180°；用控制器A／D外设，以10 kHz采样率10位的精度进行两路电流采样并反馈回控制回路；将控制器以零阶保持的方式进行离散化，可得到用于数字控制器实现的形式。

6 实验结果与分析
单模块供电的氢电解系统由于采用多相高频化，主电路输出与输入端仅采用了低容值固态陶瓷电容进行滤波。实验电解槽额定输入13 V／30 A，单块光伏电池板在当前测试光照下的开路电压为21 V，短路电流为6 A。
图6a，b示出给定值下系统的稳态运行波形，图6a为相对相位为180°的双路PWM和双路电流波形；图6b为不同时间尺度下的稳态PWM与双
路电流波形，实验波形表明在稳态闭环运行下，可保证PWM相对相位与电流稳态值跟踪。

研究中对光伏的最大功率追踪是通过调节负载电流实现的，为验证电力电子模块调节输出电流的能力，将变化的电流给定值定时赋给两个电流控制环，图6c示出两个通道的输出电流I1和I2随给定值变化的实测波形，表明电流控制回路可较好地跟踪电流给定。图6d为单模块带两块光伏板并联时最大功率追踪的稳态波形，即电解槽端电压U1、电流I1、光伏端电压Us和电流Is波形；通过光照计的校准与降压变换器的效率测量，可知稳态波形处于电池板的最大功率点处。

7 结论
此处提出了基于分布式供电的制氢系统架构，并对其中关键的光伏模块化供电技术进行深入探讨，包括氢电解槽小信号建模，双相降压变换器建模，底层数字控制系统设计，以及光伏最大功率追踪的实现。实验结果表明，单电力电子模块的性能达到了预期效果。未来工作将专注于使用多智能体技术协调各电力电子模块工作。