太阳能电池阵列模拟器的研究与设计90-第6页
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太阳能电池阵列模拟器的研究与设计90-6
低电平，开关管关断；４．１．１蜂值电流控制；峰值电流控制是由ＣｗＤｅｉｓｃｈ等１９７８年提出；３７；山东大学硕士学位论文；法；峰值电流控制本身有过流保护的功能，这种控制方式显；能，使其具有良好的电压调整率和负载调整率；４．１．２滞环电流控制；滞环电流控制的基本思想是：将被控制量与其给定值进；之间，则保持开关状态；等优点，而且通过改变误差上下限，可以方便地控制
低电平，开关管关断。 直到下一个脉冲到来开始一个新的周期。 由于电流型控制方法采用输出电流前馈控制，相对于电压型控制方法有更快 的负载或输入瞬态响应速度，减小了输出电压的纹波，且由于其自身具有限流的 功能，易于实现变流器的过流保护。但电流型控制方法在占空比大于５０％时要产 生次谐波振荡，从而产生稳定性问题，通常可以在比较器输入端加补偿谐波来消 除。下面介绍几种常用的控制方法。４．１．１蜂值电流控制峰值电流控制是由Ｃｗ Ｄｅｉｓｃｈ等１９７８年提出的，这是目前一种最常用的控 制方式。该方法一般可检测功率管电流或线圈电流，最常用的是“定时开通”方３７山东大学硕士学位论文法。该方法由固定频率的振荡器给触发器置位，由快速电流比较器给触发器复位。 触发状态为“１＂，功率开关管导通。电流比较器的阈值是由电压调节器的输出给 定的，如果电压调节器显示输出电压偏低时，其输出就增加，即电流比较器阈值 就增加，使功率管或线圈电流增加，随之电压上升。反之亦然。峰值电流控制本身有过流保护的功能，这种控制方式显著改善了电源的性能，使其具有良好的电压调整率和负载调整率。缺点是容易发生次谐波震荡、抗 噪声较差Ｈ５１。４．１．２滞环电流控制滞环电流控制的基本思想是：将被控制量与其给定值进行比较，若两者之差 大于所设定的某上限值，则改变开关状态，使被控量减小；若两者之差小于所设 定的某下限值，则改变开关状态，使被控量增大；若两者之差在上限值与下限值之间，则保持开关状态。滞环控制具有简单、易于实现、响应速度快、稳定性好等优点，而且通过改变误差上下限，可以方便地控制仿真精度。缺点是滞环带宽 固定时，滞环法会造成开关频率变化较大，通过变滞环带的方法这一问题可以得 到基本解决口７１。６浅！Ｌ？砾Ｎ一＿一，漱ｊ％ｌ－Ｌ峰值电流控制方法滞环电流控制方法图４－１峰值电流法和滞环法４．１．３平均值电流控制平均值电流控制需要检测电感电流，消除开关纹波后，反馈到电流调节器， 电流调节器的输出与三角波或锯齿波比较产生ＰＷＭ信号。电流调节器和电压调节量曼曼皇曼舅舅，ｍ－－山东大学硕士学位论文ｍ＿＿＿ｍｍｍｍＩ量曼皇曼曼曼量器类似，一般为ＰＩ调节器。平均值电流控制是控制电感电流的平均值，因此对 电流的控制比峰值电流控制更为精确Ｈ９１。平均值电流控制不需要谐波补偿。４．１．４抛物线电流控制抛物线法是一种基于抛物线波形的电流控制方法ｍ１。该方法采用一种带复位 的抛物线波形与电流跟踪误差直接比较，产生开关频率基本恒定的ＰＷＭ控制信 号，能在一个开关周期内使变换器电流精确跟踪电流指令。该抛物线波形的形状 由时间与开关周期之比减去该比值的平方决定，其幅值与开关周期及主电路直流 侧电压成正比，与串联电感成反比。该方法具有电路简单和开关频率基本恒定等 优点。ｆＪ｜Ｕ多≥鼢Ａ．／ ＼ ／ ＼＝！／；＼＼ｉ乃：ｎ＼、抽（如）ｒ图４－２抛物线法４．１．５Ｖ２控制ｙ２控制方法与电流型控制方法的区别在于：ｙ２控制方法用输出电压的采样代替了电流型控制方法中Ｐｌｉｆｌｖｌ比较器的电流采样输入。矿２控制方法稳态时的工 作原理为：在每个周期开始时时钟信号使锁存器复位，开关管导通，开关电流由初始值迅速增大。由于负载电流固定不变，所以该变化的电流完全通过滤波电容的内阻给滤波电容充电，从而在内阻上产生与电感电流斜率相同的压降，该电压 即为内环的采样电压，当此电压增大到电压调节器的输出时，比较器反转，从而使锁存器输出低电平，开关管关断。直到下一个时钟脉冲信号到来，开始一个新 的周期。矿２控制方法中速度快的Ｐ１聊ｒ，４内环控制瞬态响应，速度慢的外环负责优化Ｄｃ控制精度啪１。山东大学硕士学位论文传统的电流型控制事实上是控制电感电流，当使用Ｂｕｃｋ变换器时，电流型控制方法是很有效的，但对于反激变换器和Ｂｏｏｓｔ变换器拓扑，电感不在输出部分，电流型控制器的许多优点便体现不出来了。Ｖ２控制方法由于内环检测点在 输出部分，提高了Ｂｕｃｋ变换器和正激变换器对输入和输出静态和动态变化的响 应速度，解决了电流型控制方法存在的问题。Ｖ２控制方法由于内环采用反馈输 出电压的纹波，因而与电流型控制方法一样，抗干扰能力比较差。当占空比大于 ５０％时，会产生次谐波振荡，也需要用谐波补偿来解决。４．２调节器设计本论文采用电压电流双闭环控制系统。控制方法采用峰值电流控制。＋Ｖ（图４―３电压电流双闭环控制系统图４―４电压电流双闭环控制系统方块图根据峰值电流控制原理，电流控制是在一个开关周期内完成的，因此电流内 环可等效成一个滞后环节，可以用一个惯性环节来等效，即：山东大学硕士学位论文形Ｏ 式中＝、－，畚（４－１）－●Ｋ＝詈坐＝１５（圪础为电压调节器的输出最大值，设为ｌＶ）’Ｐ皿ａＸ（４－２）乃＝％这样系统图可以简化为如图４―５所示。（４－３）图４―５电压电流双闭环控制系统等效方块图控制器设计时一般要求系统截止频率ＣＯ，，满足：ｑ≤（击～＊式中∞，＝２矾，正为开关频率。按照上面的要求，这里取∞。＝去以。汁４）由于电流的快速控制，基本上消除了电压型系统的两个谐振极点的影响，改 善了系统稳定性，因此系统可以校正为ＩＩ型系统ｍ儿¨１，即系统开环传递函数为此时电压调节器选为ＰＩ＋惯性，即（４－６）吣，＝嬲 ‰∽＝端Ｃｒ（４－５）则开环传递函数为吣，２箸渊（４－７）因此，Ｋ：．Ｋ，＿Ｅａ。４ｌ山东大学硕士学位论文在ｆ。的选择上，由于电流的快速控制，消除了原系统的谐振极点，因此ｆ。的）无关。另外，由于电选择可以与ｑ（叱为系统自然震荡角频率：∞。＝了云１容ＥＳＲ引起的零点，对不同生产厂家的产品都有所不同，一般认为铝电解电容的ＥＳＲ时间常数瓦＝Ｒ。Ｃ＝（３０～８０）＃ｓ，可见变化范围较大，如果选择ｒ２与瓦对消，在瓦不准确的情况下，该极点的位置就会出现偏差，而该极点对系统的稳定性影响较大。如果开关频率较高，这时要是实际的ＥＳＲ时间常数疋比设计的小，则可 能由于极点ｆ：在零点Ｉ的左边，导致一４０ｄＢ线穿越ＯｄＢ，使系统稳定裕量减小。如图４－６所示。．釜冬＼，、惑图４－６双闭环控制系统校正方案１。相反ＥＳＲ的影响表现为零点作用，不会使稳定性变坏，这样ｒ：的作用可用来滤波，主要滤除开关频率的影响，因此选择ｒ：＝％即可。该环节和形（ｓ）＝―Ｔａ竺ｓ＋一Ｉ构成两个小惯性环节，将两个环节等效成一个惯性环节，时间常数为：Ｔｘ＝＇ｒ２＋乃＝ｃ（等效条件式：（三ｚ∞）２“ｌ，即ｑ＜了２，，前面已经选择∞，＝ｉ１，，显然满足条件）。把典型ＩＩ型系统跟随和抗扰的各项性能指标综合起来看，应取“最佳频比＂厅＝５，按照这个条件，选择ｑ＝ｉ１＝ｊ１∞。＝了１０∞。，即ｆ。＝６ｔ。ｆｌ ｊ ４２山东大学硕士学位论文而放大系数Ｋ－－ｔｏＩｃｏｃ－吾＝击，所以ｆ＝等＝半ｃ ａ靴?）电压调节器参数总结如下：（４－８）Ｉｆｌ＝６ｔ｛ｆ２＝ｏ．５瓦（瓦＝２０ｐｓ）（４－９）Ｉｆ：里丝鳗【Ｃ代入参数得：Ｉ ｆｌ＝１２０ｐａ｛ｆ２＝１０＃ｓ卜＝４５／心用运算放大器实现，如图４－７所示。图４―７ ＰＩ＋惯性电压调节器式４―９中各参数满足关系式：ｆ＝Ｒｏ（ＣＩ＋Ｃ２）“＝扁 届（４－１０）亿＝ｋ丽，，取Ｒｏ＝１０殷，经计算得：＝２ ４兄．Ｃ Ｃ＝ ｌｌ３嘶肋”．ｐ，４３山东大学硕士学位论文由于所设计太阳能电池阵列模拟器的最高输入为直流４００Ｖ，最高输出为直 流３００Ｖ，占空比可能会大于０．５，峰值电流控制在占空比大于０．５时会产生次谐 波震荡，所以在调节器中加入斜坡补偿‘４５ｍ１。４．３仿真研究４．３．１ＰＳＩＮ仿真软件简介本文采用ＰＳＩＭ仿真软件对所设计的太阳能电池阵列模拟器进行仿真。ＰＳＩＭ 是在电力电子领域内一种应用比较广泛的仿真软件，它适用于电力电子电路的原 理性仿真以及控制系统的性能仿真，带有丰富的软件库，仿真速度较快∞３。４．３．２仿真原理图图４―８仿真原理图原理图的主电路及控制电路前面均已选定，利用通过计算得到的参数，在 ＰＳＩＭ下建立仿真原理图，如图４―８所示。 其中ｓｏｌｏｒ子电路模块为太阳能电池阵列输出特性曲线的实现模块，模块内 部原理图如图４－９所示。山东大学硕士学位论文图４－９太阳能电池阵列子模块Ｓｏｌｏｒ子电路模块有四个接口，分别为光照输入、电池温度输入、负载检测 电流输入和电压参考输出，内部还可以对太阳能电池单体的串并联数量（＾ｒ，和 Ⅳｐ）进行设置，这样就可以得到不同条件下的输出特性曲线。为了方便仿真电 路的实现，这里的输出特性曲线的实现采用了查表法。４．３．３仿真结果与分析（１）阶跃响应仿真条件：电压输入¨＝４００Ｖ，负载６０ Ｑ，特性曲线日照强度１０００Ｗ／ｍ２，温度２５。Ｃ，太阳能电池阵列由４００×１６０的太阳能电池单体阵列组成。仿真图中，１，。为输出电压，输出电压检测比为素，Ｖ可为通过检测电流然后查输出特性曲线数据表得到的输出电压参考值，’，。为电压调节器输出，ｉ￡为滤波电感电流，检测比为去。从图４―１０中可以看出，输出电压稳定后为１６１－４Ｖ，输出电压超调量大约为１０％，上升时间大约２．３ｍｓ，调整时间３．Ｏｍｓ，电感电流波动４Ａ。可以看出静态响应速度满足要求。４５叠蔫焉置岛嗣蔫蕾ｉ鼍薯＇山东大学硕士学位论文ｍｌｌｉｌ＿＇＇＇１ｉｌｕ＇黑蔫嗣嗣曩墨ｉ嗣蔫叠雹圈唾一ｌＯ酚跃嘲癍仿冀波形下图为当负载为ＩＯＱ时韵德真波形，可以看澍稳定藤ｖ耐波形镶然波动非常 厉害，导致输撩电压屹也产生较大的波动，原因就是当负载比较大孵，这种情况 下的工作点正好处在输出特性隧线的近儆恒流段，所以检测电流的微小的变化就 会引起咆压参考值魄较大的变纯，献蔼零ｌ起输出瞻匿黪波动。这是模拟器的设计 中较难解决的一个闯题。隧４一ｌ ｌ豢负载较大瞬仿囊波形（２）负载变化动态响应仿真条件：初始状态负载为６０Ｑ，在６ｍｓ时刻负载由６０＃突变为３０Ｑ，其 它条彳牛不变。从仿真图中可以看如在负载变化的影响下输出电压大约经过０．４ｍｓ山东大学硕士学位论文重新稳定在新的工作点上，响应速度满足要求。２＝＝＝＝＝＝二二二＝＝二二＝＝＝］０∞２００４∞６ ００８∞１０∞ＴＩｍｌｒ％）图４－１２负载瞬时变化时仿真波形（３）日照强度变化动态响应 仿真条件：初始状态日照强度为１０００ｗ／ｍ２，在６ｍｓ时刻日照强度由１０００Ｗ／ｍ２ 突变为８００ Ｗ／ｍ２，其它条件不变。通过仿真可看出在日照强度发生变化的影响下 其输出电压经过大约０．５ｍｓ重新稳定在新的工作点上，响应速度满足要求。１６１６４０－，’－－－≮…………６０＝＝＿―――――――――――――●―――――――――――――――●――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――＇ … －－…… ……………………：６６∞２０：、＼／■―，＿＿＿－｝―＿＿＿＿＿―ｊ＿：■■■：……?ｉ：…：壅Ｅ孤二陲兰ｉ囊兰兰三图４－１３日照强度瞬时变化时仿真波形（４）抗输入电压扰动仿真条件：初始状态输入电压为４００Ｖ，在６ｍｓ时刻输入电压由４００Ｖ降到 ３００Ｖ，其它条件不变。从仿真图可以看到输入电压的变化对输出影响很小，可以４７山东大学硕士学位论文看出抗电压干扰能力比较强。２０∞ １５∞ １０∞ ５０００∞ １６∞１６ ５０ 包含各类专业文献、高等教育、文学作品欣赏、应用写作文书、生活休闲娱乐、幼儿教育、小学教育、太阳能电池阵列模拟器的研究与设计90等内容。　
　太阳能电池阵模拟器的设计和研究摘要: 太阳能作为一种实用的再生能源,越来越广泛...最 大功 率点功率 Pm, 就能在一定的精度下复现阵列的特 性, 并便于计算机... 　光 伏电池造 价高,导致研究成本很高,不利于其初期的研究, 因此,很有必要设计一种成本 较低, 能够代替实际 光伏电池阵列进行各种光伏实验的太阳能电池模拟 器。 ... 　数字式光伏电池阵列模拟器的研制
16:30:18 来源:OFweek 太阳能...4 控制算法实现 4.1 寻找负载工作点的算法设计 光伏模拟器主要是跟踪负载的工作... 　] 曹伟.基于 DSP 的数字光伏模拟器研究[D].合肥:合肥工业大学,2009. [1-12] 韩珏.太阳能电池阵列模拟器的研究和设计[D].杭州:浙江大学,2006. ... 　[2]董振利.基于 DSP 与 dspic 的数字式太阳能电池阵列模拟器研究[D].合肥:...15 德州学院机电工程学院 2014 届机械设计制造及其自动化专业毕业论文 (设计) ... 　电网研究中心; 【摘要】 提出了一种光伏阵列特性的工程计算方法,基于光伏电池...太阳能电池阵列模拟器 6页 免费 阳能光伏阵列模拟器设计... 3页 免费 基于DSP... 　电气工程学院毕业设计(论文) 读书笔记 学生姓名: 专业: 韩京洋 学号:
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硕士学位论文-并行电流模式控制Boost变换器的建模分析与设计杨鹏毅
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