数字式光伏电池阵列模拟器的研制

将上述得到的理论、代入程序中，运行测得输出几乎与理论值一致，偏差基本都在0.3V以内，证明了我们整定的参数是成功的。

4.3 软件主程序流程图

系统的控制工作是由软件部分完成的。软件系统的工作主要有两点：一是采集数据；二是完成占空比的计算。主程序模块中主要是进行系统初始化工作及等待处理中断，其中系统初始化主要包括ADC模块的初始化和事件管理器EVB模块的初始化。主程序流程图见图5。

图5 主程序流程图

表1 变负载时的输出电压

5 实验结果

基于前面各章对硬件设计、算法、软件编程等方面的研究，设计了一台光伏电池阵列模拟器，其技术参数为：。

5.1 模拟器系统的静态效果

为了验证系统输出是否能模拟出一条理想的太阳能电池的输出I-V特性曲线，需要测试RL取不同值时，输出的工作点情况。依据四折线法，RL确定后，就能确定理论的输出电压。依照以上方法进行了一组不同负载实验，测试的数据如表1所示。

由表1可以看到，系统输出电压在69.4V以上时，系统工作在最大功率点附近和开路电压附近，这时系统输出精度基本都在1%以下。说明我们设计的光伏电池阵列模拟器能够在变负载时，比较精确的模拟出太阳能电池阵列的输出I-V特性曲线

5.2 模拟器系统的动态效果

设计光伏电池阵列模拟器的最终目的是要用于光伏逆变系统实验，因此，只在静态情况下描出太阳能电池板输出I-V特性曲线是不够的，还需要用实验检测系统的响应速度，即动态特性。

影响本系统动态响应时间的因素主要有两个：一是输出电容的电压惯性；二是系统软件算法的执行时间。我们做了两个实验，一是负载突变时，看输出电压的变化；二是直接接光伏逆变系统，让逆变器按照最大功率点跟踪算法(MPPT)去测试模拟器的性能。如果逆变器能跟踪到最大的功率，则说明我们的模拟器达到了设计指标。

我们将负载电阻进行突变，输出电压也会变化。图6是在模拟开路电压为40V时，负载电阻由21.6 Ω突变到49.5 Ω时，输出电压由31.6V跳变到36.1V时的动态响应波形。由图6可以看到，输出电压可以在约8ms的时间里完成变化响应，但是，这个速度到底够不够，还要看接上实际逆变器后的效果。

图6输出电压动态响应波形

在逆变器前端是BOOST电路，用以实现MPPT算法。BOOST电路输入端与我们设计的模拟器相连后，输出端接一电阻。首先让模拟器工作，测量此时输出为开路电压。然后，BOOST电路开始工作，执行MPPT算法。实验测量，BOOST输入电压由开路电压90V逐渐减小，最终在最大功率点电压80V处基本稳定，证明找到了模拟电池的最大功率点。

6 结论

本文在研究了太阳能电池的数学模型的基础上，结合电力电子技术和控制技术，给出了一个基于微控制器和DC/DC环节的光伏阵列模拟器的设计。实验证明，模拟器样机可以有效的模拟光伏阵列的输出，输出特性可以比较准确的模拟光伏阵列，输出电压、电流较稳定。■