蓄电池光伏充放电控制器的设计.doc

本文由wc19880906贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 武汉理工大学 硕士学位论文 蓄电池光伏充放电控制器的设计 姓名：黄原 申请学位级别：硕士 专业：通信与信息系统 指导教师：刘皓春 20090501 摘 要 能源危机的加剧使得光伏电能的应用越来越受到人们的重视，成为新能源利 用的主流之一。对于一个完备的独立光伏直流应用系统，除了光伏电池、蓄电 池、负载之外，光伏充放电控制器是不可或缺的。光伏充放电控制器通过监测 蓄电池的状态，对蓄电池的充电电压电流加以规定和控制；并按照需求控制光 伏电池和蓄电池对负载电能的输出，是整个光伏系统的核心部分。 现有相关资料对光伏充放电控制器的探讨多是以实现某些具体功能为切入 点，并没有对光伏充电系统进行建模分析与计算，忽略了光伏充放电控制器性 能指标的优化设计问题，可能会造成光伏充放电控制器实际运行状况并不理想。 针对这一不足，本文从光伏充放电系统的特点出发，在建立光伏充电系统数学 模型的基础上，采用连续时间系统的工程设计方法，对充电回路进行设计，使 得光伏充放电系统的性能指标得到改善。在改善光伏充放电系统性能的基础上， 再展开各种功能上的开发，力求完成一种性能良好、功能完善的中小功率光伏 充放电系统的软硬件设计。 本课题中，首先讨论了光伏充放电系统的特点和结构，对电压电流双闭环充 电系统进行了数学建模，然后采用工程设计方法对系统进行了设计，得到了电 流调节器和电压调节器的传递函数，并对系统进行了仿真，结果与二 阶最佳系统吻合。另外，针对光伏电池电压波动对充电系统带来的影响，文中 进行深入分析，提出了解决办法。 本文对光伏充放电系统的硬件结构也进行了深入讨论，完成了主要元器件的 选型和参数整定，设计了降压型功率变换回路、驱动电路、 调制电路、电压电流反馈电路以及电压、电流调节器等主要硬件功能模块。 本课题采用单片机对系统的工作状态进行综合管理。文中阐述 了软件总体设计构架和主要软件功能模块的设计思想。完成了蓄电池充电过充 保护、蓄电池过放保护、自动调整充电状态给定、光控负载通断以及设定主要 充放电参数等功能的设计。 关键词：光伏发电，蓄电池充放电，工程设计法 ，（） ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ： ， ， 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究雌名）垄盈 日期垦！丛 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武 汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会 公众提供信息服务。 （保密的论文在解密后应遵守此规定） 研籼鞠：煎冱翮蚴：袒日期尘业?衫 武汉瑾大学硕士学位论文 第章 课题研究的背景及意义 绪论 顺着能源危机问题的日益凸显，美圈、日本以及西欧的许多发达国家政府都 纷纷如台了很多有利于太阳能产业发展的针对性政策和法规，并且投入大量的 人力、物力和财力以支持光伏能源的利用开发和研究。光伏能源取之不尽、用 之不竭，作为一种可再生利用的新能源，得到了广泛的应用。光伏发电与常规 发电如煤炭，石油，核能相比有如下的优点【，】： （）普遍性。地球上处处都有太阳能，不需要寻找，运输。 稼）无害性。没有凌渣，废料，疲气，疲水的排放，没有噪声，不会污染环 境，没有公害。 （）长久性。只要有太阳，就有太阳能，因此太阳能可以说是取之不尽，用 之不竭。 （）巨大性。一年内到达地面的太阳辐射能总量要比现在地球上消耗的各种 麓量的总和大几万倍。 幽于光伏能源存在上述的优势，光伏发电在世界范围内受到高度重视，发 展很快。从远期看，光伏发电将以分散式电源进入电力市场，并部分取代常规 能源；从近期看，光伏发电可以作为常规能源的补充，解决特殊应用领域，如 通信、信号等的野外电源，和边远无电地区民用生活用电需求，从环境保护及 能源战略上都具有重大的意义。 光伏产业与光伏技术国内外现状 太阳能光伏发电产业自世纪年代以来持续高速发展，每年以 的速度递增。光伏发电技术的应用在当今世界，特别是在非洲、南美、澳洲及 亚洲等各国，普遍受到重视。尽管利用太阳能光伏发电具有许多优点，但是其 发电的价格比常规电力价格高出许多，在电力市场上无法与常规能源进行竞争。 世纪年代以前，太阳能光伏发电主要应用在边远的农村无电地区以及远距 离逶讯、光伏水泵等产业领域。为了鼓励光伏能源的开发和利用，各晷政府分 武汉理大学硕士学位论文 别积极制定各种优惠政策来推动太阳能光伏发电的发展。其中，以美民德等薅 方发达国家为主。美国计划到年要求发电成本降到美分千瓦时；日本 计划到年一半以上的薪居屋顶将安装光伏太阳能光伏系统；德国政府颁布 的“可再生能源法抒予年月圜正式生效。 此外，意大利、印度、瑞士、法国、荷兰、丽班牙都有类似的计划，并投巨 资进行技术开发和加速工业化进程。从世界范匿来讲，光伏发电已经完成了初 期开发和规模应用发展，其应用范围几乎遍及所有的用电领域。大功率应用如 光茯集中发电并霹、屋顶光锬毫洼建筑等发展迅速：中小功率应嗣如光伏路灯， 景观灯，广告等已逐渐成为市场主力。 我国的太阳能光伏发电系统起步较晚，但是发展速度很快。在年之后， 多晶硅产品逐步走出实验室，开始形成规模生产，与发达国家相比，技术差距 不断减小。年北京奥运会，国家计划将太阳能光伏发电融入奥运建筑中， 各奥运建筑将大范围采用太阳能等绿色能源利用技术，绿色能源的应用正是绿 色奥运的具体体现。但与发达网家相比还存在相当大的差距。首先，我国生产 规模较藿羚比较小，自动化水平比较低；其次，专用原材料国产化程度也不高。 因此，我国光伏产业在国内外市场上仍面临着非常严峻的考验，】。 光伏技术方面，随着硅工艺技术的提升，光伏电池本身的的成本和发电效率 不断的提升。目前光伏电池的发电成本可以达到元，转换效率可达。 大规模中长期应用较传统的发电方式优势越发明显。 并且近几年来，伴随低功耗、高光遥量技术嗣趋成熟，各有关部门都 纷纷出台了以灯取代传统的高功耗，低光通量照明设备的政策。对照明功 耗要求的降低，使得装配容量较小蓄电池的光伏系统就霹以满足作为照明 负载对能耗的需求，无形中为中小功率光伏系统的应用提供了一个广阔的平台。 深圳市不久前就正式发奄（产业发展规划（年），争取至 年，深圳市相关产业年产值达到亿元以上；到年，深圳市 相关产业年产值达到亿元以上。 如果这些这块市场中适合于光伏充放电 系统供电的场合如光伏路灯，景观灯，广告灯等能部分或全部采用光伏系统供 电，那么带给光伏市场的经济推动力和价值是非常可观的。 冒前，光伏充放电控技术主簧的趋势是在光伏电池与蓄电港之闻通过 电力变换设备，对光伏电池的输出能量进行电力变换，控制其输送到蓄电池的 充电电莲、充电电流符合蓄电池的需求，从丽保护蓄电池，延长系统的使用寿 武汉理大学硕士学偷论文 命。蓄电池光伏充放电控制器因内外均有产品阍世。例如德国太阳能路 灯控制器，北京汇能精电科技有限公司太阳能路灯控制器，哈尔滨格瑞太阳能 公司太阳能路灯控制器等。大多数光伏充放电控制器产晶是采用脉冲式电压的 充电方式对蓄电滩进行充电，控制器对功率主回路输出的电压、电流控制性能 指标分析与设计稍显不足。国外的控制器多采用专门设计的集成芯片控制，价 格昂贵，在性价比上也有欠缺。 本论文主要研究内容 介于现有相关资料对光伏充放电控制器的探讨多是以实现某些具体功能为 切入点，并没有对光铰充电系统进行建模分析与计算，忽略了光伏充放电控制 器性能指标的优化设计问题，可能会造成光伏充放电控制器实际运行状况并不 理想。针对这一不足，本文从光伏充放电系统的特点出发，在建立光铗充电系 统数学模型的基础上，采用连续时间系统的工程设计方法，对充电回路进行设 计，使得光伏充放电系统的性能指标得到改善。在改善光伏充放电系统性能的 基础上，再展开各种功能上的开发。力求完成一种性能良好、功能完善的中小 功率光伏充放电系统的软硬件设计。 本课题中，首先讨论了光伏充放电系统的特点和结构，对电压电流双闭环充 电系统进行了数学建模，然后采用工程设计方法对系统进行了设计，得到了电 流调节器和电压调节器的传递缀数，并对系统进行了仿真，结果与二 阶最健系统吻合。另外，针对光伏电池电压波动对充电系统带来的影响，文中 进行深入分析，提出了解决办法。 本文对光伏充放电系统的硬件结构也进行了深入讨论，完成了主要元器件的 选型和参数整定，设计了降压型功率变换回路、驱动电路、 调制电路、电压电流反馈电路以及电压、电流调节器等主要硬件功能模块。 本课题采用单片机对系统的工作状态进行综合管理。文中阐述 了软佟总体设计构架和主要软件功能模块的设计思想。完成了蓄电池充电过充 保护、蓄电池过放保护、自动调整充电状态给定、光控负载通断以及设定主要 充放电参数等功能的设计。 武汉理工大学硕士学侥论文 第章 光伏充放电系统分析 早期的蓄电池光伏充放电系统是不带充放电控制器的【，光伏电池通过一个 防止反充二级管直接接向蓄电池，当光饫电池电压高于蓄电池电压时，对蓄电 池进行充电；当光伏电池电压低于蓄电池电压时，不充电。通过手动开关的通 断对负载进行放电。系统的结构如图。所示： 、 。 蓄 电 池 赢 流 负 载 匿早期蓄电池光伏充放电系统 这样一个不带控制器的系统存在着许多的缺点和不足，最主要的有：光伏电 池直接对蓄电池供电，使得蓄电滩的充电状态基本上无法得知，对蓄电池的维 护极为不利；负载只能手动控制，实用性非常低。 因此，根据光伏充放电系统中固有组成部分光伏电池，蓄电洮蜜身特性设计 光伏充放电控制器是非常必要的。 光伏电池阵列特性分析 黠光伏电混基本特性的了解是展开光茯充放电控铡器设计的前提。由于同照强 度、电池温度等都会影响太阳电池的特性，因此需要定义标准测试条件（）用于 地面测试太阳电池性骞乏阴。即曩照强度为，光伏电池温度为。，太阳 辐射光谱为 。图是某一光伏电池在上述标准和定义下的特性曲线： 图光伏电池曲线 武汉理大学硕士学位论文 短路电流歹妒：给定温度、圈照强度下所能输出的最大电流； 开路电压：给定温度、日照强度下所能输出的最大电压： 在理想情况下，由若干个光伏电池组件按个串联及个并联而构成一个 阵列时，其阵列的电压和单个电池相比提高了倍，而其电流则较单个电池（或 单个组件）则增大了倍，其效率仍保持不变，其特性曲线亦仅作相应的增长， 单个退洼或组彳牛的特性仍保持不变搿。光伏阵罗 特性蓝线如图所示。 图光伏阵列特性曲线 从图，图中能够很直观的看渤光伏电池的输出电流和电压的一对 应关系。同时也表明光伏电池既非恒压源，也非恒流源，它不可能为负载提供 任意大的功率；它是种非线性直流电源，输出电流在大部分工作电压范围内 相当恒定，最终在一个足够高的电压之后，电流迅速下降至零；输出电流即使 在短路状态下不会无穷大而是一个有限值。光伏电池在使用中可以丌路，也可 以短路。 蓄电池充放电特性分析 蓄电池是整个光伏系统能量的存储设备，通过合理的充电控制尽可能延长其 使用寿命是光铰充放电控制器最主要的围的之一。研究资料表明防潮：电滤充电 过程对电池寿命影响最大，放电过程的影响较少。也就是说，绝大多数的蓄电 池不是用坏的，面是“充坏的。所以充电系统的设计是整个光伏充放电控制 器设计的重点；放电回路的设计根据不同的负载要求综合考虑，相对宽松。 蓄电池的电化学原理不是本论文所要研究的主要内容，掌握蓄电池充电电 压、电流外部特性，就可展开对光伏充放电控制器的设计。 （）传统的蓄电池充电方法【，】 恒压充电法：使用恒压源直接为电池充电，它是利用开口蓄电池在充满电时， 武汉理工大学硕士学位论文 充电电压突然跃升的现象设计的，因此它只是适用于开髓蓄电池，而不能用这 种方法为密封蓄电池充电。这种充电方法只考虑电池电压这一单一状态的变化， 不能有效的反映电池的整体充电状况。它的起始充电电流过大，往往造成蓄电 池的损坏。 恒流充电法：使用恒定的电流源为电池充电，充电速率相对来讲都比较低， 在恒流充电方式充电詹期的充电电流过大，也将对蓄电池是不利的。 （）本文采用三段充电法 以上两种充电方式会在充电的开始或结束阶毅对蓄电池产生不利影响。因此 本论文采用另一种得到较为广泛认可的三段充电法，。 对于额定电压容量为的蓄电池三个阶段充电电压、电流越线如图 所示： 冲电电流） 冲电电鹾（） 图充电曲线原理图 恒流充电：当蓄电池端电魇低予。时，采用恒流充电。该阶段充电电流 值为，因蓄电池容量而异，一般为为左右，为蓄电池组的容量，在恒 流充电状态下，不断检测电池端电压，豢电池电压达到饱和电压。，恒流充 电状态终止。蓄电池进入恒压充电阶段。 恒压充电：当蓄电池端电压高于。时，低于时，采用恒压充电。 该阶段充电电压值为。在恒压充电过程中，随着蓄电池内部的电化学反应， 充电电流逐渐减小，即恒压充电时，保持充电电压不变，充电电流不断下降， 当充电电流下降到恒流状态下充电电流的约。时，终止恒压充电。蓄 武汉理王大学硕学位论文 电池进入浮充阶段。 浮充电：以一个小于恒压充电的电压对蓄电池进行浮充电，该阶段主 要用来补充蓄电池自放电所消耗的能量，此时标志着充电过程结束。 三段充电方式优点是，充电电流较为理想的逼近理想的充电电流曲线，充 电器只需要三种状态的切换，软硬件设计相对简单。 光伏充放电控制器的必要性分析 对光伏电池和蓄电池各自特性的分析可知：早期光伏充放电系统结构，对充 电来泌，只要光伏电池的电压高于蓄电池的端电压，光伏电池就能向蓄电池充 电，俺蓄电池可能长期处于过冲状态，充电的电压和电流也不稳定，这样对蓄 电池的寿命是非常的不利，甚至可能由于蓄电池升温过快带来安全的隐患；对 于放电来说，早鬻不带控制器的光伏系统需要遥过手动的通断开关来给负载供 电，实用性大大降低。所以，在光伏电池与蓄电池充电回路之间加入蓄电池光 伏充放电控制器是非常必要的。 光伏充放电控制器应具备以下的基本功能要求【： （）防电池过充的功能； （）防电池过放的功能： （）提供负载防短路与控制的功能； （）提供系统工作状态信息给使用者的功能； （）控制器本身自耗电要低。 （国回路压降要低。 （）防光伏组件或蓄电池反接保护。 （）防反充保护。 （）防雷击保护。 ， 图所示是一个最基本的充放电控制器原理图【。在该电路原理图中，由 太阳电池组件、蓄电池、控制器电路和负载组成了一个基本的光伏应用系统。 开关， 分别为充电开关和放电开关，它们均属于控制器电路的一部分。 ，粒的开合由控制电路根据系统充放电状态来决定：当蓄电池充满时断开充 电开关，否则闭合；当蓄电池过放时断开放电开关，否则闭合。开关， 是广义上的开关，它包括各种开关元件，如各种电子开关、机械式开关等。 ？ 武汉理工大学硕士学位论文 图基本充放电控制器原理图 基本充放电控制器较早期充放电电路而言实现了防蓄电池过充和过放，负载 放电自动控制和保护，回路压降低等要求，性能上有了较大的提高。但是它仍 然没有解决控制蓄电池充电电压、电流与蓄电池实时需求的匹配问题，不能真 正有效的保护蓄电池。 基于国变换的光伏充放电控制器分析 为了克服早期充放电电路与基本充放电控制器的缺点，弥补其不足，现在得 到普遍认可的技术是借助电力电子器件构成的电力变换电路将光伏电池发出的 电能进行电力变换】，将光伏电池发出的不稳定的电压，电流转换为适合供蓄 电池充电使用需求的电压，电流。基于变换电路的光伏充放电控制器结 构如图所示。图中反馈采样电路省略未示出。 一一 蓄 电 控躐电路 瘩生 池 ： “、一 直 流 负 载 巽 一” 图基于变换的光伏充放电控制器结构 基于变换电路的光伏充放电控制器的工作过程为：光伏电池输出的 能量送入变换电路，电路控制电路根据对蓄电池充电的设计需求控制 变换输出一定的电压或电流，对蓄电池充电。以上控制电路的实现方式 可借助单片机监控整个系统运行状态，结合内部程序的控制算法，通过软硬件 协作完成，从而保护了蓄电池，实现对光伏电池电能的优化控制输出。 逶过合理设计外围辅助电路，一个完备的光伏充放电控制器可以具 武汉遴工大学硕士学侮论文 备光伏充放电控制器要求的所有功能要求。虽然增加了电路设计的复杂度，但 就目前的技术来说，此方案较早期充放电电路与基本充放电控制器对蓄电池的 保护上具有十分明显的优势。 因此本文决定采用基予囝变换电路方式，展开对光伏充放电控制器的 设计。 武汉理工大学硕十学位论文 第章 本论文光伏充电控制系统分析 通过之前的分析，蓄电池充电回路的设计是整个充放电控制系统的重点。本 论文采用变换电路作为光伏充放电控制器的充电功率主回路。对 变换电路的电压、电流控制是一个典型的双环反馈控制系统【】。由两个环构成， 内环是电流环，外环是电压环。其设计思路是：按照连续系统的工程设计方法， 首先设计电流环中的电流调节器，然后将电流环简化成电压环中的一个环节， 和其他环节一起构成外环电压调节器的控制对象，电压环的输出作为电流环的 给定，用电压控制电流。这种逐环设计的优点是： （）每个控制环都是稳定的，从而保证整个控制系统的稳定性； （）电压环对象参数变化或受到扰动时，电流反馈起到及时的抑制作用，从 而对电压环的工作影响小： （）每个环都有自己的控制对象，分工明确，易于调整。 其基本原理如图所示： 电压 给定 图基于变换充电回路控制系统框图 充电回路变换器的选型 变换电路有升）（）型、降压（）型、升降压（ 或）型 ，具体选择哪一种要根据光伏组件电压、蓄电池电压和负载工作 电压来确定。光伏系统 ，功率蓄电池充放电用变换器一般采用结构较 武汉理工大学硕士学位论文 为简单的型或型电路，其具有较高的转换效率。 本论文选择采用结构。因为考虑到在变换器输入侧电压高， 电流较小，可以相应地降低开关管导通时的电流，减少开关管的导通损耗和因 此而产生的热量，对系统的稳定运行有利。 变换器属于串联型开关变换器，又称为降压变换器，由电压源、串 联舞关、电感器、电容器和续流二极管构成，其结构如图所示： 卜 一 王 一！ 光 伏 电 池 邑 厂 腿删 ， 图。 变换器结构图 以一定占空比信号控制开关管（）的通断。当接通时，电 容通过互电感被充电，电感也吸收了能量。当断开时，电感特性决定其要 保持电流不能跳变，从而导致电流流过二极管，、电感，电容，负载尺， 这是一个变换器的工作周期。如果减少占空比，开通时间减少，断开时 间增加，则输出电压也将下降。反之输出电压增加。在占空比为时， 变换器的效率最高。变换器的缺点是电源的电流输出的断续的，为了克 服这个不足，光伏电池两端并上电容，稳定光伏电池的工作点。 变换器在电感电流连续时，输出表达式为： 孚 （） 式一）中，磊为开关控制周期；侧为开关管导遁时闻；参为开关管的通断的占 空比；为光伏电池送入到变换器电压；圪为变换器输出电压。 由此可知，变换器是一个可控系统。控制改变信号的占空比， 就可以控制改变开关管的通断，进而就可以控制改变输出电压或电流。引入 负反馈后控制信号的占空比就可以实现控制变换器输出电压或电 流到给定值。 武汉理工大学硕十学位论文 充电系统分析 介于前文的分析，假设变换器工作在电感电流连续状态，采用平均 电流法对变换器构成的蓄电池充电系统建模。 充电系统的数学模型 根据图一所示的系统和式（一）中变换器的输入输出关系，变 换器充电回路控制框图如图所示： 图 变换器充电回路控制框图 各部分传递函数意义如下： （）：输出电压反馈系数； （）：电感平均电流反馈系数； （）凡：为脉宽调制器对占空比的传递函数，忽略系统开关频率产生的延迟 时间，装置可以作为线性环节考虑，若脉宽调制器为三角波峰峰值为， 则： （）击（）：占空比对电感平均电流的开环传递函数，可表示为： （） 扣）券 （） （）（）：输出电容支路和负载的并联阻抗，即输入并联阻抗的电流对并联 阻抗两段输出电压的传递函数。（）为无源网络传递函数，求解方法为：在零 初始条件下引入复数阻抗直接列写网络代数方程求出。充电系统的负载为蓄电 池，蓄电池的特性是在较大的电流充电下，蓄电池两端的电压缓慢上升，为一 个大的延时环节，表现为容性，为简化分析视其为一个电容值非常大的电容通 常为兆法级（胛）串联一个非常小的等效串联内阻通常小于】；为将充电的 电流值转化为电压便于反馈采样，在蓄电池支路串上一个阻值小的采样电阻， 武汉毽上大学骥学霞论文 薏，雯珂忽略营逛洼等效串联内阻；臻窭电容懿零联等效魄阻较大，曩 要予以考虑，则（）模型如图所示 厂 嚣） 猷） 牛 牛麟 踯；鼬） 。￥矬毫。 燧 ）电路模型 其中拧为蓄电池等效电容；为变换器的输出滤波电容；脚为输出滤 波电容等效枣联电隰；繇为饕瞧池电流的串联反馈电阻）为流过电容霆 韵电流，邵蓄电涟充电电流，（）流过电容静电流，则： 屯（岸）（）（） （） 掇据事势联隧撬诗葬关系，褥： 翟 （击）（去小恐 菇揪去峨 端蒜翌豢箸南 （尺烈婊）。矗（嚣） ， 、 搬据”，则式（）可以简化为； 鼢而（嚣瓦丽 一堡艘专（蜗 节曰（脚） 一。等） 心、）” 一妨 豢予妻戮争矽，舞戳积分舔节眵贮嚣爵近毂等效鸯矮霞环 武汉理工大学硕士学位论文 （嚣）】，代入式（），可篱化为： （）（壑勰业） （） （），（）： 电流环调节器的传递函数，电流调节器是根据整个系统的需求自 行设计的； （）矿（）： 电压环调节器的传递函数，电压调节器是根据整个系统的需求自 行设计的。 为了方便对电流环与电隧环展开分析，这里先给出本论文预定指标下，充 电系统中固有部分的主要参数。参数的具体计算或设计过程将在下一章的光伏 充放电控制器硬件设计中详细阐述。开关管的开关频率岛； ，；：足脚；，； ， 充电系统电流环分析 根据图，容易得到电流环的动态结构框图如图所示： 图电流环的动态结构框图 毫感三电流连续，根据式（），刚电感平均电流可表示为： 幺坐！ ：监坐 （ ） 、 始（） 、 茈（足嚣敞）嚣） 输入直流母线电压，本论文中即光伏电池的工作电压，分析电流环时候 可设光伏电池输出电压以为典型值，致以。 由于，且火脚，如电阻值均很小，则图中输出电容支路阻抗 远远大于流过蕾电池转支路的阻抗，所以流过输出电容支路的电流之，（）远远 小于流过蓄电池丑支路的电流（），即）（），根据式（?）得： 屯（）削（） （） 电感的平均电流约等于流过蓄电池的电流，电感的平均电流凡乎都是在给蓄电 武汉理大学硕士学位论文 池充电，电感平均电流反馈系数与蓄电池的电流反馈系数近似相等。 根据式（）、（）、（），（）可化简为： 啪）上（嚣）瓦毫而 啪）盎上丽雨 巅于很大，通常是通常为兆法级（胛）。所以（）可进一步将化为； （） 可见讲（）可等效为一个一阶惯性环。把图中的电流采样系数移到环 内，并把给定信号改成幸（），则电流环便等效成了单位负反馈系统，电流环 动态结构框图可以简化为图所示： 图电流环的动态结构简化图 代入充电系统的其体参数蓿，图可等效为图了： 图电流环的动态结构迸一步等效图 充电系统从稳态要求上看，希望电流无静差；从动态要求上看，实际系统 不允许充电电流在突加控制作用时有太大的超调，以保证电流在动态过程中不 超过允许值。因此，电流环应以跟随性能为主，即应选用典型型系统。 豳图知，电流环的控制对象是一阶惯性环，要校正成典型型系统，有 两种方法。电流调节器应采用积分型调节器；电流调节器采用单极点。单零点 型调节器。需要对比两种方案，来决定最终电流调节器的设计。先令： 乃去 （） 武汉理工大学硕士学位论文 （）电流调繁器亚米用积分型调节器 设用于电流环的积分型调节器的传递函数【】为： 去 罨为电流调节器的滞后时闽常数。盈令： （） 足，旦 卜 （） 由流环绎赖分刭调节释校诈詹的动杰结构图佰简化为如图所示的魄犁形式。 亿） 图罐积分型调节器校正戒电流环动态结构图 典型型系统耍求，；，则积分型调节器校正的电流环开环传递函数幅频 响应曲线可表示为图所示： 弋。 图积分型调节器校正的电流环开环传递函数幅频响应曲线 根据图采用频域分析的方法，电流环开环传递函数幅频响应曲线应该 以一穿越抬点，此处的频率即为穿越角频率，根据式（） 知霉是由电流环固有部分决定，不能调节，所以穿越角频率的调节受到了 武汉理工大学硕士学位论文 的限制。丽在变换器应用系统中，对穿越角频率是有要求的。根据抽样 定律，婢应小于开关通断角频率礁矽的，但也不宜取过低，否则会降低系 统的响应速度，工程上一般取： 缉（矗崴矽） （） 在系统固有参数下，如采用积分型调节器校正电流环成典型型系统，根 据二阶系统最佳设计原则有，一）（，），穿越焦频率与糍望的 差距过大，所以充电系统中采用积分型调节器作为电流环调节器是不合适的。 （）电流调节器采用单极点一单零点调节器 单极点单零点调节器传递函数【可表示为： 删搿 艺霉一百 （） 为了让单极点单零点调节器零点与控制对象极点对消， 将电流环校正为典 型型系统，选择： （） 并令： 瓦百 所示的典型形式。 （） 则单极点单零点调节器校正后的电流环的动态结榴图便简纯为如图 卜 ） 图单极点单零点调节器校正电流环动态结构图 由于趸俨、乃均含有单极点一单零点调节器中的可调整参数，所以可以很好 的校正电流环开环传递函数的穿越斜率和穿越角频率。因此，采用单极点单零 点调节器将电流环校正为典型型系统是可取的方案。 根据式（），并代入预先给出充电系统固有部分的参数，得： 武汉理工大学硕士学位论文 护：（想渺）：阜 根据式（一），则： （） 耻笔警型笋硼? 。 、 。 典型型系统，二阶最佳设计取： 铲 （） 此时，电流环的闭环传递函数阻尼比善，超调量。当开环放 大倍数炉越大，对应的阻尼比孝越小，则相位裕量愈大，最大超调量愈小，僵 同时快速性将变差。根据式（），得： 写去去硼国甜 仿真。校正后仿真如图，所示： 激流环拜环餐邀函数的嬲 ， 为验证以上电流环调节器设计的合理性，用对校正后的系统进行 图电流环开环传递函数的图 武汉理下大学颈士学位论文 宅流环滋环单位阶跃响应 蛙譬堪孙女壤 ，强疰垂 月 卜、 ， ， ： 城 壤罐毒 妁： 酣 ： 窖）毽霆 ， 一 （）： （霉 ：