太阳能电池阵列模拟器输出电网外环控制中的输出电压外环计算方法和装置与流程

本发明涉及输出电压外环计算方法，尤其涉及太阳能电池阵列模拟器输出电网外环控制中的输出电压外环计算方法。对于本发明给出的计算方法中的步骤，可以建立功能模块，组合成功能模块构架，主要通过存储在计算机可读存储介质中的计算机程序来实现。

背景技术：

太阳能电池阵列模拟器是一种模拟太阳能电池阵列静态和动态电流电压特性的功率源，即太阳能电池阵列模拟器的输出电流Iout需要按照PV特性曲线输出，而现有计算输出电流Iout的方法一般是利用运算能力较强的电脑根据太阳能电池阵列模拟器的当前输出电压Vout_fb，进而计算PV特性曲线。电流给定I需要经指数运算才能得出，而DSP无法计算指数运算，因此只能利用电脑来运算得到电流给定I，这无疑增加了设备成本。

技术实现要素：

本发明的目的是提供太阳能电池阵列模拟器输出电网外环控制中的输出电压外环计算方法，其中的指数运算能够在DSP运算。

本发明提供太阳能电池阵列模拟器输出电网外环控制中的输出电压外环计算方法，根据当前输出电压Vout_fb，经指数运算得到电流给定I以提供给输出电流外环或输出电流内环，其特征是，在所述指数运算中，对a^x的运算包括如下步骤：

把指数x展开为整数部分p与小数部分q之和，从而把a^x分解为a^p与a^q之乘积来计算，对其中的a^p进行查表得出，对其中的a^q则用泰勒级数运算得出。

其中，在得到上述电流给定I的过程中还包括对数运算，在所述对数运算中，对对数函数用泰勒级数运算得出。

其中，对a^p进行查表得出的步骤中，把整数部分p展开为2的各非负整数次幂之和，从而把a^p分解为2的各非负整数次幂之乘积来计算，其中，2的非负整数次幂系查表得出。

对于本发明给出的计算方法中的步骤，可以建立功能模块，组合成功能模块构架，主要通过存储在计算机可读存储介质中的计算机程序来实现。

有益效果：本发明太阳能电池阵列模拟器输出电网外环控制中的输出电压外环计算方法，DSP根据当前输出电压Vout_fb，经指数运算得到电流给定I以提供给输出电流外环或输出电流内环，对上述指数运算作数字化具体为：对a^x的运算，把指数x展开为整数部分p与小数部分q之和，从而把a^x分解为a^p与a^q之乘积。一方面，在一定的取值区间内，整数部分p的值的可能性是有限的，这使得对a^p可以查表得出，无需直接进行指数运算；另一方面，a^q利用泰勒级数运算分解为乘积和求和两种运算，也无需直接进行指数运算；由于a^x分解为a^p与a^q之乘积，该乘积的运算也无需直接进行指数运算——无需直接进行指数运算，即可最终得出a^x的值，从而无需借助运算能力较强的电脑，只需利用DSP运算就可以得到电流给定I以提供给输出电流外环或输出电流内环，从而以较低的设备成本实现快速运算。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是太阳能电池阵列模拟器的结构示意图。

图2是太阳能电池阵列模拟器的控制环路框图。

图3是太阳能电池阵列模拟器的软件控制流程图。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

太阳能电池阵列模拟器的结构示意图，如图1所示，包括三相交流输入接线端子Ua、Ub、Uc，三相交流输入经熔断器F1、F2和F3连接一体化副边分裂式十二脉冲变压器T。为节约成本和减少体积，其中变压器T包括三个较大的漏电感Li1、Li2和Li3，以作为十二脉冲整流PFC的输入电感。变压器T的两个副边输出分别接入三相全桥整流电路VD1和VD2，并且将三相全桥整流电路VD1和VD2的输出级联串联输出，以作为后级DC/DC的输入端。为滤除十二脉冲整流电压纹波，须接入较大的滤波电容C1，以及并联滤波电容C1的放电电阻R1。整流电压经过三相半桥H1、H2、H3，以及电感L1、L2、L3进行DC/DC斩波输出，其中，三相半桥由Q1、Q2、Q3、Q4、Q5和Q6六个IGBT组成。输出电压经电容C2滤波输出，该输出电压经电阻R2进行放电。电感L1、L2和L3分别通过电流霍 尔CT1、CT2和CT3，输出电流Iout经电流霍尔CT4进行采样控制。

太阳能电池阵列模拟器的控制环路有两种结构，一种是包括输出电压外、输出电流外环和电感电流内环控制，另一种是包括输出电压外环、输出电流内环和电感电流内环控制。

本实施例太阳能电池阵列模拟器的控制环路框图，如图2所示，控制环路包括输出电压外环、输出电流外环和电感电流内环控制，其中输出电压外环放置于毫秒级中断内，输出电流外环放置于PWM1中断内，电感电流内环放置于PWM1、PWM2和PWM3中断内。

本实施例太阳能电池阵列模拟器的软件控制流程图，如图3所示，初始化完成后，电网外环控制模式为PV模式控制，外部电压缓启完成后，太阳能电池阵列模拟器中的DSP读取面板设置电压Vout_ref作为给定电压，采样当前输出电压(即电阻R2两端电压)Vout_fb作为反馈电压，DSP根据给定电压Vout_ref与反馈电压Vout_fb进行PI控制后作为电流外环的电流给定I。电网外环控制模式为PV模式控制，则可以根据需要选择“Calc”方式和“查表”方式。其中，“Calc”方式根据太阳能电池数学特性采样当前输出电压Vout_fb计算得到电流给定I，其数学特性为： 其中，S_ref为标准光照值1000W/m²，S为实际光照值；Um和Im分别为组件实际标准条件下的标称额定电压值和标称额定电流值；Uoc和Isc分别为组件的开路电压和短路电流。由于DSP无法直接对指数和对数进行求解，因此本实施例对指数函数和对数函数进行了数字化实现。本实施例中指数函数为e^x(即a^x＝e^x)，指数函数求解的数字化实现具体为：①对指数函数e^x进行泰勒级数展开：②利用e^p+q＝e^p_eq公式，把指数x展开为整数部分p与小数部分q之和，从而把e^x分解为e^p与e^q之乘积；③把整数部分p展开为2的各非负整数次幂之和，从而把e^p分解为2的各非负整数次幂之乘积来计算，其中的2的各非负整数次幂系查表得出，e^q由①所示的泰勒级数展开得到；④只需要建立一个指数分别为1、2、4、8、16、32、64的表格，在指数小于100的情况下，整数部分p均可由1、2、4、8、16、32、64直接或叠加得出，例如整数部分p＝16，则可以直接在上述表格中得出运算结果，或者整数部分p＝85，由于85可由64、16、4、1叠加得出，则只需把64、16、4、1所对应的数值乘积(即e⁸⁵＝e⁶⁴·e¹⁶·e⁴·e¹) 就可以得出运算结果；⑤小数部分q只需要按①所示展开至第8级，即可以满足计算精度达到10^-6。对数函数求解的数字化实现具体为：⑥对对数ln(1+y)进行泰勒级数展开： ⑦对C₂公式中的对数部分 进行等效变换并代入公式⑥；⑧只需要把公式⑥展开至第11级，就可以满足计算精度达到10^-3。一方面，在一定的取值区间内，整数部分p的值的可能性是有限的，这使得对e^p可以查表得出，无需直接进行指数运算；另一方面，e^q利用泰勒级数运算分解为乘积和求和两种运算，也无需直接进行指数运算；由于e^x分解为e^p与e^q之乘积，该乘积的运算也无需直接进行指数运算——无需直接进行指数运算，即可最终得出e^x的值，从而无需借助运算能力较强的电脑，只需利用DSP运算就可以得到电流给定I以提供给输出电流外环，从而以较低的设备成本实现快速运算。

对于本发明给出的计算方法中的步骤，可以建立功能模块，组合成功能模块构架，主要通过存储在计算机可读存储介质中的计算机程序来实现。