電池組件與逆變橋直聯(lián)方式或單級(jí)結(jié)構(gòu)[10-11]單級(jí)逆變基本電路如圖1所示E是光伏電源，由電池組件提供，G是電網(wǎng)電源，來自公用電網(wǎng)。圖1無DC-DC1.2無DCC變換逆變系統(tǒng)的輸出級(jí)具有物理構(gòu)型，輸入級(jí)則只存在邏輯形式。輸入級(jí)以正弦波周期或半周期上電壓電流穩(wěn)幅條件，根據(jù)光伏電流h、直流偏置電壓uc和光伏電源-V特性，完成最大功率點(diǎn)跟蹤MPPT。輸出級(jí)級(jí)MPP工作點(diǎn)上，根據(jù)電網(wǎng)電壓ug和電網(wǎng)頻率fg，逆變并傳遞基于單周期或半周期的正弦波功率。在連續(xù)變化的光伏環(huán)境下，采用儲(chǔ)能元件平滑工作點(diǎn)遷移，使MPPT算法得以實(shí)現(xiàn)。逆變系統(tǒng)的控制由多個(gè)閉環(huán)控制環(huán)節(jié)組成。輸入控制是基于周期穩(wěn)幅條件的光伏環(huán)境變化的MPPT反饋調(diào)節(jié)，使直流輸入電壓保持在MPP工作點(diǎn)（V,I）上。輸出控制是基于工作點(diǎn)（Vm,Im）的逆變調(diào)制，根據(jù)電網(wǎng)電壓g和逆變負(fù)載電流i0波形進(jìn)行電壓電流閉環(huán)反饋控制。當(dāng)光伏環(huán)境變化較大較快時(shí)，可采用模糊PID或參數(shù)整定自適應(yīng)等方式在輸入輸出環(huán)節(jié)間構(gòu)成MPP狀態(tài)反饋控制環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最佳動(dòng)態(tài)控制性能。輸入級(jí)實(shí)際上執(zhí)行的是正弦波周期或半周期上基于MPP的光伏電能到交流電能的能流平衡控制。該MPP能流控制的變換基于電荷平衡原理。任何周期時(shí)段上，光生電荷流積與逆變電荷流積是均衡相等的（ICF）。周期時(shí)段上，換流過程中由儲(chǔ)能元件保持MPP偏置電壓，在能率最大化下滿足系統(tǒng)MPPT運(yùn)行。光伏電源E在光照下激發(fā)光生電荷，向儲(chǔ)能元件C和逆變橋-4輸送電荷流。在正弦波周期上存在幾種電荷流平衡狀態(tài)或階段。其一是光生電荷流

儲(chǔ)能元件偏置電壓Uc因灌入和灌出電荷而波動(dòng)。電荷的灌入和灌出速率不同時(shí)，儲(chǔ)能元件的偏置電壓發(fā)生遷移。因此逆變過程要求有兩個(gè)子環(huán)反饋控制，一個(gè)子環(huán)控制周期內(nèi)電荷灌入灌出速率，使負(fù)載逆變電流與光伏電源MPP電流保持一致；另一個(gè)子環(huán)處理偏置電壓變動(dòng)，當(dāng)光伏環(huán)境變化時(shí)，使系統(tǒng)遷躍到MPP上運(yùn)行。這些能流變換的反饋控制子環(huán)在MPP狀態(tài)反饋外環(huán)干預(yù)下實(shí)現(xiàn)MPPT逆變運(yùn)行。設(shè)電網(wǎng)電源tk時(shí)刻N(yùn)）正弦波周期為Ts，（tk,tk+Ts）上在子環(huán)反饋控制下可得到圖2輸出波形。圖中Vm是調(diào)整在MPP的偏置電壓，Tb、Tc和Ta分別屬于過電荷流、等電荷流和欠電荷流階段。MPP能流和逆變的控制由級(jí)聯(lián)的邏輯前級(jí)和電路后級(jí)完成邏輯輸入級(jí)完成算法DC-DC變換控制能流和MPP偏置電壓調(diào)節(jié)在物理后級(jí)逆變調(diào)制下，邏輯前級(jí)輸出后級(jí)輸入的直流偏置分量Uc和脈動(dòng)分量Δuc脈動(dòng)分量Δuc的頻率fc是正弦調(diào)制信號(hào)頻率fs的2倍從光伏電源I-V特性觀測，單個(gè)開關(guān)周期τ=t+f，直聯(lián)耦合運(yùn)行的物理過程如圖3所示這是個(gè)典型的等電荷流階段在非等電荷階段開關(guān)周期內(nèi)的均壓電平不與MPP電壓重合光伏環(huán)境變化的MPP電壓遷躍調(diào)節(jié)是由非等電荷過程實(shí)現(xiàn)的如果限制電荷灌入灌出的波動(dòng)幅度ΔV=V-V=V-Vp-，使波動(dòng)幅度相對(duì)偏置電壓的交換比λ=ΔVp/Vm控制在小范圍則軟變換輸出將工作在MPP上實(shí)現(xiàn)單級(jí)結(jié)構(gòu)的高效率圖圖2基于電荷流積平衡的反饋控 由軟變換控制算法取得MPP偏置電壓Vm后需限制電荷灌入灌出的波動(dòng)電壓范圍ΔVp穩(wěn)態(tài)平衡下，儲(chǔ)能元件C（0，Ts/2）上失去的電荷量qs與得到的電荷量qe相等。光伏電源提供得到的電荷量qe為Σs向儲(chǔ)能元件和逆變橋堆，屬過電荷流階段；其二 Σs光生電荷僅流向逆變橋堆或儲(chǔ)能元 屬等電荷 qe=ΣIcjΔtoff,j+ΣIcknΔtoffj+ΣΔtonk∈，階段；

j k

j k

堆，屬欠電荷流階段。在過電荷及欠電荷平衡階段 逆變消耗失去的電荷量qs由交換比，

ucj j 式中，Ism是逆變消耗電荷量的等值電流。按式（3）計(jì)算選取電容值，可限制波動(dòng)電壓范圍ΔVp，滿足設(shè)計(jì)

圖4調(diào)節(jié)兩個(gè)基本環(huán)節(jié)組成MPP遷移調(diào)節(jié)構(gòu)成MPP反饋控制環(huán)節(jié)的外環(huán)可與逆變環(huán)節(jié)的電流反饋控制雙反饋控制環(huán)工作使逆變系統(tǒng)達(dá)到要求的動(dòng)態(tài)性MPPT（DPDVM）。DPDVM的特點(diǎn)是檢測計(jì)算量小，判別快捷，控制精確可靠。低頻穩(wěn)態(tài)工作下，組件的輸出電流波形與uc是一致的。能光伏電池的簡化數(shù)學(xué)模型V為邏輯輸入級(jí)的軟變換控制算法下獲得周期穩(wěn)定的MP偏置電壓，要求光伏環(huán)境分時(shí)片穩(wěn)定。光伏環(huán)境的穩(wěn)定將取決于光照變化。計(jì)算光輻射功率變化是微小的，圖4顯示了典型光照多變的實(shí)測數(shù)據(jù)。由數(shù)據(jù)分析，光輻射功率的相對(duì)變化率在每秒%以內(nèi)。折算到正弦波周期，光輻射功率相對(duì)變化率在每秒萬分之二以內(nèi)。這說明正弦波周期上具備輸入級(jí)電壓電流穩(wěn)幅條件的光伏環(huán)境。單級(jí)逆變的前級(jí)邏輯輸入要得到組件MPPT，后級(jí)電路輸出要向電網(wǎng)饋送當(dāng)前MPP的正弦波功率或電流零DC-DC變換下，能流控制環(huán)節(jié)直接經(jīng)功率反饋控制電壓偏置，使逆變輸入的偏置電壓調(diào)節(jié)在MPP當(dāng)光伏環(huán)境變化時(shí)需要檢測反饋環(huán)節(jié)啟動(dòng)MPP反饋控制環(huán)節(jié)運(yùn)行使逆變系統(tǒng)調(diào)節(jié)到新的。

Ip 式中，光生電流Iph與光輻射功率ψ成正比。光輻射功 即電壓變化極性與光功率的一致。從圖5I-V特性變化可得到同樣的變化規(guī)律。圖5光照不同時(shí)光伏電池I-V當(dāng)光照增強(qiáng)時(shí),組件輸出功率P和電壓V變化規(guī)ΔP(k)=P(k)-P(k-0且ΔV(k)=V(k)-V(k- ΔP(k)=P(k)-P(k-0且ΔV(k)=V(k)-V(k- 式（6）和（7）是逆變負(fù)載不變時(shí)單變量光伏環(huán)境變化下啟動(dòng)引導(dǎo)MPPT的功率電壓則。該規(guī)則可推廣到包含負(fù)載變動(dòng)的多變量變化情形。如果光照和逆變負(fù)載同時(shí)變化，則 當(dāng)dV<0，指示光照減弱或負(fù)載增加，或光照減弱多于負(fù)載下降，或光照增強(qiáng)不及負(fù)載增加；而當(dāng)dV>0，則指示光照增強(qiáng)或負(fù)載下降，或光照增強(qiáng)多于負(fù)載增加，或光照減弱少于負(fù)載下降。前一種情況下，V<0，光生電荷流或光伏功率不足以平衡逆變電荷流或逆變功率，需要減小逆變負(fù)載。后一種情況下，ΔV>0，光生電荷流或光伏功率多于逆變電荷流或逆變功率，可以增加逆變負(fù)載。離散差分計(jì)算下啟動(dòng)MPPT的檢測反饋控制方法見表1。這一結(jié)果也可由光伏電池IV特性曲線的幾何分析得到。表1光照變化下啟動(dòng)MPPT

圖6MPPT圖6MPPT項(xiàng) 項(xiàng) 判 負(fù)載下降較負(fù)載下降 負(fù)載增加較 較控制策略減載加載

z

-gV-2αV-Ugβg 光伏環(huán)境變化下將啟動(dòng)和引導(dǎo)單次連續(xù)MPPT過程，根據(jù)控制策略改變逆變負(fù)載，使電路系統(tǒng)從原來的MPP穩(wěn)態(tài)遷躍到新的MPP工作狀態(tài)MPPT調(diào)節(jié)的基本方法是，調(diào)節(jié)正弦周期的逆變負(fù)載，檢測開關(guān)周期的電壓和電流，計(jì)算正弦周期的離散積功率，比較相鄰功率的大小，判斷負(fù)載調(diào)節(jié)方向并改變負(fù)載重復(fù)循環(huán)這些步驟直至求得新的引起組件輸出電壓微分和功率微分變化。

由于光照瞬時(shí)變化的作用有限，調(diào)節(jié)過程中電網(wǎng)電壓的變化是影響ΔP(k)的主要因素。數(shù)值算法下 ΔP(k)=β′(k-1)·ΔIph(k)-β′(k 調(diào)節(jié)周期間差分功率可能發(fā)生控制增量與環(huán)境增量相抵，控制增量起主導(dǎo)作用或環(huán)境增量起主導(dǎo)作用等幾種情況。調(diào)節(jié)周期內(nèi)，光照和電網(wǎng)電壓不變或近似不變，k)=0，則Pk)=Δa，MPPT差分功率由控制增量決定。光照或電網(wǎng)電壓變化時(shí)，bk)0，差分功率還由環(huán)境增量決定。左分支所需改造的MPT調(diào)節(jié)流程如圖7所示。MPPT調(diào)節(jié)的優(yōu)化還包括由ΔU(k)或啟動(dòng)時(shí)的電荷流累積值確定的調(diào)節(jié)幅度I=α·V- z式中，Ug為電網(wǎng)電壓有效值，α為調(diào)制系數(shù)。光照和負(fù)載變化下組件輸出電壓微分為

實(shí)驗(yàn)?zāi)孀冸娐返墓夥娫春湍孀儤虻妮斎攵司O(shè)電流傳感器檢測電荷流積，由電荷流積平衡方法的控制算法，實(shí)驗(yàn)得到圖8邏輯輸入級(jí)輸出電壓u波形。圖中u的電平穩(wěn)定在M工作點(diǎn)V，由（3）式計(jì)算選取電容值使波動(dòng)幅度ΔVc很小，交換比λ≤0.5%，與理論分析計(jì)算一致。采用第三節(jié)MPP控制算法，實(shí)驗(yàn)中光照變化時(shí)，穩(wěn)態(tài)偏置電壓c上下快速移動(dòng)，與實(shí)驗(yàn)Vm曲線相符，保持高精度MPPT。逆變輸出電流i0的波形見圖9，圖中(a)由電流I反饋算法得到，(b)由電流滯環(huán)法得到。實(shí)驗(yàn)測得光照和負(fù)載變化下逆變電路的效率接近99%。圖7MPPT圖8變化光照下輸入級(jí)MPPT輸出電壓波圖9

光伏電池直聯(lián)逆變橋的無DC-DC變換的逆變方法是一種有競爭力的新型逆變方式。研究了這種方式下基于正弦波周期穩(wěn)幅條件的并網(wǎng)型逆變的工作原理，與其他MPPT方式]不同，提出了電荷流積均衡（ICF）機(jī)制與方法，并提出流積平衡下基于MPP偏置電壓Vm的交換比λ，確定了約束交換比的計(jì)算方法。闡述了逆變調(diào)制周期穩(wěn)幅條件光伏環(huán)境的存在現(xiàn)實(shí)，分析建立了MPPT啟動(dòng)和率電壓法（DPDVM）的MPPT逆變控制策略。從實(shí)現(xiàn)過程看，無DC-DC變換直聯(lián)逆變屬周期間不等幅調(diào)制，旨在滿足單個(gè)周期上輸出正弦波功率。逆變環(huán)節(jié)由負(fù)載電流反饋實(shí)現(xiàn)MPP工作點(diǎn)的正弦波電流輸出以雙反饋控制環(huán)和級(jí)聯(lián)方式工作電路實(shí)驗(yàn)表明，這些方法楊建菲光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)控制方法的研究[D西安：西安理工大學(xué)，2008.陳敏.電池最大功率點(diǎn)追蹤的控制策略[J].能學(xué)報(bào)，2007，28(12)：13171320.周光明.基于DSP的光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].能源工程，2004(5)：1923.何湘寧.一種新型的光伏最大功率點(diǎn)拓?fù)鋄J].電源世界，2007(4)：3638.BillyMTHo.AnIntegratedInverterwith PowerTrackingforGridConnectedPVSystems[J].IEEETransactionsonPowerElectronics,2005,20(4):953961.楊海柱.并網(wǎng)光伏系統(tǒng)最大功率點(diǎn)控制的一種改進(jìn)措施及其仿真和實(shí)驗(yàn)研究[J].電工電能新技術(shù)，2006，25(1)：63GeoffreyR，Walker,PaulCSernia.CascadedDCDCConverterConnectionofPhotovoltaicModules[J].IEEETransactionsonPowerElectronics,2004,19(4):1130KimiyoshiKobayashi,HirofumiMatsuo.NovelSolarCellPowerSupplySystemUsingaMultipleInputDCDCConverter[J].IEEETransactionsonIndustrialElectronics,2006,53(1):281286.PhotovoltaicGridconnectedGenerators[M].IndustrialElectronics,2004IEEEInternationalSymposium,2004(2):1005KeyueMaSmedley.ACostEffectiveSingleStageInverterwith umPowerPointTracking[J].IEEETransactionsonPowerElectronics,2004,19(5):1289吳理博.單級(jí)式光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)中的最大功率點(diǎn)算法穩(wěn)定性研究[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2006，26(6):73周林.光伏陣列最大功率點(diǎn)控制方法綜述[J].高電壓技術(shù)，2008，34(6)：11451154.李晶.光伏發(fā)電系統(tǒng)中最大功率點(diǎn)算法的研究能學(xué)報(bào)，2007，28(3)：268李煒.光伏系統(tǒng)最大功率點(diǎn)控制仿真模型[J].計(jì)

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