在遠離電網的偏遠地區， 太陽能的發電利用光伏控制器、蓄電池組、光伏電池板組成獨立光伏發電站， 其中光伏控制器是整個電站的核心。光伏控制器的拓撲結構通常有DC/DC 型和直通型兩大類[ 1]，DC/DC 型又可細分為MPPT 型[ 2] 和諧振型等多種， 但DC/DC 型控制器由于有大的感性元件的存在， 在大電流應用時， 其體積、重量和熱量都會急劇增加， 限制了其在大功率領域的實際應用； 而直通型控制器在大功率領域則相對具有優勢， 即使光伏電流達到幾百安培， 其體積、重量和熱量相對都不會太大， 因此直通型控制器在移動通信基站、邊防哨卡等大功率領域得到了廣泛的應用。但直通型控制器仍然存在著一些缺陷， 以下對其優缺點進行分析。

　　1 現有控制方式的不足

　　現有的直通型光伏控制器對蓄電池充放電的控制通常采用3 類充放電控制模式。(1)逐級投入式系統[ 3]， 即將光伏電池分成N 個獨立的光伏子陣列， 定義N 個蓄電池電壓控制點Vi (i =1 ，2，…N；Vi<Vi+1) ， 當蓄電池電壓大于Vi時， 第i 個光伏子陣列關斷， 反之則導通。這樣就形成了隨著蓄電池電壓的增加， 充電電流階梯式逐級減少； 反之則逐級增大。優點： 這種充電控制方式基本滿足了蓄電池的充電需要， 控制邏輯簡單、易于實現， 電子功率開關器件的開關能量損失很小； 缺點： 控制精度不高， 電壓波動范圍大， 一些先進的自動控制算法無法實現。(2) 在此基礎上增加了時間因素的改良型控制方式， 將蓄電池電壓控制點設置為1 個控制點Vs 。當蓄電池電壓大于Vs 時， 第i 個光伏子陣列關斷， 延時1 個固定時間后， 如果蓄電池電壓仍然大于Vs ， 再關斷第i +1個光伏子陣列， 依次類推， 直到第N 個光伏子陣列關斷； 反之則導通， 導通過程同樣有上述延時。優點： 這種充電控制方式減少了蓄電池電壓的變化范圍， 兼有前一種充電控制方式的優點； 缺點： 容易導致控制器的震蕩，尤其是延遲時間的選擇， 要隨著太陽能電池、蓄電池容量和負載的配置變化而變化， 否則會導致失控， 嚴重者會導致蓄電池過充或過放而報廢。(3) 脈寬調制式系統( 全控型的PWM 控制方式)， 即光伏電池不分子陣列， 將全部光伏子陣列并聯后形成1 個總的光伏電池陣列， 再以大功率電子開關做全通全斷型PWM控制， 此法可將蓄電池電壓精確控制在1 個電壓點。優點： 電壓控制精度高， 可采用各種先進的自動控制算法； 缺點： 功率電子開關器件的開關功率損耗較大， 在相同的電壓等級下， 對功率電子開關器件的電流等級要求很高，對器件要求苛刻， 對于大功率光伏控制器， 散熱片體積較大。

[$page]　　2 精粗調組合PWM 新控制方法

　　針對上述3 種方案的缺點， 本文提出了一種精粗調組合PWM 控制的新控制方法。仍然將光伏電池分成N個獨立的相同配置的光伏子陣列(i=1 ，2，…N)， 但是只有第1 個光伏子陣列(i=1) 采用PWM 控制， 其余的光伏子陣列(i=2，3，…N) 仍然采用普通的開關控制， 控制方式為： 假設N 個光伏子陣列全部導通時的總光伏電流為I， 則每個光伏子陣列單獨導通時的光伏電流為I/N，如果第1 個光伏子陣列的PWM 控制占空比變化范圍為0~K， 則第1 個光伏子陣列的PWM 電流可以精確控制到(j/K)×(I/N)， 其中j=0~K 變化； 如果將第1 個光伏子陣列的PWM 精確控制和其余N-1 個光伏子陣列的開關粗略控制相配合， 則可以得到電流變化范圍在0~I 之間的任意的精確電流輸出， 其值為：(j/K+m)×(I/N)， 其中m 是其余N -1 個光伏子陣列導通的個數，m =0 ~N -1(m=0 ， 表示其余N-1 個光伏子陣列全部關斷)； 控制器只需要選擇計算m(0~N-1) 和j(0~K) 值的大小， 就可以控制精確的光伏電流輸出， 電流分辨精度為I/(KN)， 相當于前述第3 類全控型的PWM 控制方式中PWM 占空比變化范圍是0~KN 的控制效果。

　　3 精粗調組合PWM 控制實現

　　本控制器的微處理器采用的是C8051F020 單片機[ 4]，如圖1 所示。通過外部2 個電流傳感器和電壓檢測電路， 分別經過微處理器內部AD 轉換獲取光伏電流、負載電流和蓄電池電壓等參數。微處理器同時發出N 個開關控制信號， 其中第1 個信號由微處理器內部的PWM 控制單元產生， 第2~N 個信號由微處理器內部的普通數字I/O 口(非PWM)產生。當第i 個功率電子器件被控制導通時， 第i 個光伏子陣給蓄電池充電， 并為負載供電， 對蓄電池充電控制的原則是在不同的時段進行不同的恒壓充電。充電過程分為強充、均充、吸收和浮充4 個過程， 除強充外， 均充、吸收和浮充3 個階段都是恒壓控制， 對蓄電池的恒壓控制可以采用各種智能控制算法， 本控制器具體采用的是PI ( 比例積分) 調節算法， 再配合精粗調組合PWM 控制方法綜合實現。

　　控制系統傳遞函數結構如圖2 所示，VS是蓄電池電壓設定值，VO是蓄電池電壓實際輸出值， 二者之差△V輸入PI 調節器， 得到期望輸出電流IO， 對IO采用精粗調組合PWM 實現， 實現流程圖如圖3 所示。即： 將IO除以(I/N)， 取余數得到j， 取整數得到m。再令第1 路光伏子陣列的PWM 占空比為j， 令其余光伏子陣列中有m 個導通， 剩余的光伏子陣列斷開， 則得到精確的IO輸出:IO=(j/K+m)×(I/N)。該電流提供給蓄電池和負載， 通過PI算法維持蓄電池輸出電壓VO為恒壓。在一個由6 路光伏子陣組成的控制系統里