第1页共18页基于电流反馈模糊控制算法的光伏模拟器研究摘要：设计与研究了一种基于BUCK直流变换器和电流反馈模糊控制算法的光伏电池阵列模拟器.该模拟器实时采集BUCK变换器输出电压并代入光伏电池工程数学模型，计算出电池电流作为模糊控制器的输入参考电流.该参考电流与BUCK变换器输出电流的差值及差值变化量作为模糊控制器的2个输入.模糊控制器通过模糊算法计算BUCK功率开关的导通占空比，使BUCK变换器的输出电压和电流准确对应于光伏电池V-I特性曲线的期望工作点，实现光伏特性模拟.模糊控制器使用三角形模糊隶属度函数，输入与输出变量的论域规范为[-3，3]，模糊规则49条.Matlab/Simulink仿真模型与试验系统的实验结果表明，模糊控制模拟器不仅能准确模拟光伏电池的静态输出特性，还能快速跟踪工作点变化或外部环境变化的光伏电池特性，超调量小于3.5%，稳态误差小于3.6%，纹波系数小于3%，第2页共18页跟踪时间约为0.3s，能够为光伏发电系统的研究与开发提供优良的光伏阵列实验设备.关键词：光伏阵列；模拟器；模糊控制；反馈；V-I特性曲线；BUCK直流变换器：TM615文献标识码：A：1674-2974（2016）02-0092-09光伏模拟器能够准确模拟任意光照和环境温度条件下光伏电池及其阵列的输出特性，且不受环境因素的影响.因此，在光伏发电系统的研究中被广泛用来替代光伏电池及阵列，以保证研发进度，降低研发成本，提高研发效率和保障结果的可信性[1-3].目前光伏阵列模拟器的研究主要集中在以下3个方面：1）光伏电池工程数学模型，包括传统指数模型和平抛运动模型等[4-8]；2）主电路拓扑结构，采用不同的DC/DC拓扑结构和数字控制器实现光伏阵列模拟[9-11]；3）模拟器算法，传统模拟器算法主要有逐点逼近法、弦截法、迭代法和四折线法等[12-15].本文提出一种电第3页共18页流反馈模糊控制模拟器.该模拟器综合利用专家经验，设计简单，抗干扰能力强，响应速度快，对系统参数的变化有较强的鲁棒性，在光伏模拟器这种非线性系统中具有良好的控制效果，能够极大地弥补传统控制方法的不足[16-18].模糊控制光伏模拟器主电路采用BUCK变换器，控制器为TMS320F2812，模糊控制生成BUCK主电路的PWM控制量，使变换器的输出工作点位于光伏电池V-I曲线上，实现光伏模拟.Matlab/Simulink仿真和样机实验结果一致性好，模拟器能够快速稳定地追踪参考工作点，实现各种条件下完整V-I特性曲线的模拟，且超调量小于3.5%，稳态误差小于3.6%，纹波系数小于3%，跟踪时间小于0.3s.1光伏电池输出特性及工程数学模型1.1光伏电池输出特性光伏电池模拟器的主要目标是实现对光伏电池输出V-I特性曲线的模拟.光伏电池输出特性具有非线性，受光照强度和环境温度的第4页共18页影响大，如图1所示.当光照强度S一定、环境温度T升高时，输出电流I增大，输出电压V下降；当环境温度T一定、光照强度S升高时，输出电流I增大，输出电压V也增大.4实验与分析在图6所示模糊控制模拟器仿真模型和图5（b）所示模拟器实验系统上，对不同环境条件下的模拟器性能进行了验证.仿真模型由BUCK主电路、光伏电池数学模型、模糊控制器以及PWM发生器组成，图6中的Stepi（i=1，2，3，4）模块用来控制负载、光照和温度的突变.4.1仿真实验仿真分为启动与工作点突变跟踪、光照量突变跟踪和温度突变跟踪3种情况.所有仿真均从光伏电池的短路电流开始.4.1.1启动与工作点突变跟踪本实验研究标准测试条件下模拟器的启动性能和工作点突变跟踪性能.图7为初始工作点负载R=10Ω时系统启动与t=0.2s时R第5页共18页突变为16Ω的跟踪仿真波形，图8为初始工作点负载R=16Ω时系统启动与t=0.2s时R突变为10Ω的跟踪仿真波形.其中，图7（a）和图8（a）的上图均为负载电压波形，下图为负载电流波形；图7（b）和图8（b）均为对应的负载电流和光伏电池理论电流波形.由光伏电池的V-I特性曲线（图2）可知，当模拟器负载R小时，其输出电压小、电流大；反之，负载R大时，输出电压大、电流小.由模拟器工作原理和控制算法可知，基于电流反馈的模糊控制模拟器的动态特性跟实际负载电流与目标工作点电流的差值有关，差值越大调节时间越长.图7中的初始工作点负载比图8中的小，系统启动跟...