0 引言

目前，全球性的能源危機迫使越來越多的國家開始重視新能源的研究，光伏發(fā)電作為其中很重要的一種也得到了廣泛研究。但是，由于光伏電池造價高，導致研究成本很高，不利于其初期的研究。因此，很有必要設計一種成本較低，能夠代替實際光伏電池陣列來進行各種光伏實驗的太陽能電池模擬器。

本文所設計的太陽能電池模擬器以 BUCK 電路為基礎，采用 ARM 控制，并加入了電流 PI 控制方式來改善系統(tǒng)動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)精度。此外，本文還采用四折線法來對光伏電池陣列的特性曲線進行分段擬合，并進行了仿真驗證。

1 系統(tǒng)設計目標

1.1 太陽能電池板伏安特性曲線

圖 1 所示是太陽能電池板輸出 I-U 特性曲線隨日照、溫度的變化情況。太陽能電池板模擬器需要能夠模擬出不同溫度、不同光照下的各種曲線，換言之，模擬器最終要能夠模擬出許多條曲線。但是，某一時間下，日照強度和溫度是一定的，在此時間下，輸出曲線也只有一條符合要求。設計時可根據(jù)設定的日照強度和溫度來計算確定輸出哪一條曲線。實際做法是將不同日照、不同溫度下的曲線計算出來后將其離散化，并以數(shù)據(jù)表的形式存入 ARM 控制器中。存入的曲線越多，所能覆蓋的溫度日照范圍越廣。

1.2 太陽能電池板的工程數(shù)學模型

電池板出廠時都會給出短路電流、開路電壓、最大功率點電流和電壓這四個參數(shù) (ISC 、 VOC 、 Im 和 Vm) ，而且四個參數(shù)符合下列公式：

這樣，就可將太陽能電池板的 I-U 特性曲線轉(zhuǎn)換為便于工程計算的形式。

式 (1) 描述的是標準照度 (Sref=1000 W ／ m2) 和標準溫度 (Tref= 25 ℃ ) 下的 I-U 曲線。一般情況下 ( 照度 S ，溫度 T) 的 I-U 方程可按照以下方法進行計算：

首先算出一般情況與標準情況下的溫度差△ T 和相對照度差△ S ：

2 系統(tǒng)原理及控制策略

2.1 系統(tǒng)原理

本系統(tǒng)的原理框圖如圖 2 所示，其中直流穩(wěn)壓電源可提供 150 V 的恒定電壓輸出，然后通過 BUCK 降壓電路把電壓加在輸出負載上，以實時采集負載兩端的電壓和電流，再經(jīng)過控制電路的控制算法改變 BUCK 電路的 PWM 占空比，以把輸出電壓和電流控制在預想的 I-U 曲線上。