電池組件與逆變橋直聯(lián)方式或單級結構[10-11]單級逆變基本電路如圖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)的輸出級具有物理構型，輸入級則只存在邏輯形式。輸入級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，完成最大功率點跟蹤MPPT。輸出級級MPP工作點上，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，采用儲能元件平滑工作點遷移，使MPPT算法得以實現(xiàn)。逆變系統(tǒng)的控制由多個閉環(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（V,I）上。輸出控制是基于工作點（Vm,Im）的逆變調(diào)制，根據(jù)電網(wǎng)電壓g和逆變負載電流i0波形進行電壓電流閉環(huán)反饋控制。當光伏環(huán)境變化較大較快時，可采用模糊PID或參數(shù)整定自適應等方式在輸入輸出環(huán)節(jié)間構成MPP狀態(tài)反饋控制環(huán)節(jié)，實現(xiàn)系統(tǒng)最佳動態(tài)控制性能。輸入級實際上執(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）。周期時段上，換流過程中由儲能元件保持MPP偏置電壓，在能率最大化下滿足系統(tǒng)MPPT運行。光伏電源E在光照下激發(fā)光生電荷，向儲能元件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

儲能元件偏置電壓Uc因灌入和灌出電荷而波動。電荷的灌入和灌出速率不同時，儲能元件的偏置電壓發(fā)生遷移。因此逆變過程要求有兩個子環(huán)反饋控制，一個子環(huán)控制周期內(nèi)電荷灌入灌出速率，使負載逆變電流與光伏電源MPP電流保持一致；另一個子環(huán)處理偏置電壓變動，當光伏環(huán)境變化時，使系統(tǒng)遷躍到MPP上運行。這些能流變換的反饋控制子環(huán)在MPP狀態(tài)反饋外環(huán)干預下實現(xiàn)MPPT逆變運行。設電網(wǎng)電源tk時刻N）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聯(lián)的邏輯前級和電路后級完成邏輯輸入級完成算法DC-DC變換控制能流和MPP偏置電壓調(diào)節(jié)在物理后級逆變調(diào)制下，邏輯前級輸出后級輸入的直流偏置分量Uc和脈動分量Δuc脈動分量Δuc的頻率fc是正弦調(diào)制信號頻率fs的2倍從光伏電源I-V特性觀測，單個開關周期τ=t+f，直聯(lián)耦合運行的物理過程如圖3所示這是個典型的等電荷流階段在非等電荷階段開關周期內(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現(xiàn)的如果限制電荷灌入灌出的波動幅度ΔV=V-V=V-Vp-，使波動幅度相對偏置電壓的交換比λ=ΔVp/Vm控制在小范圍則軟變換輸出將工作在MPP上實現(xiàn)單級結構的高效率圖圖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電壓范圍ΔVp穩(wěn)態(tài)平衡下，儲能元件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）計算選取電容值，可限制波動電壓范圍ΔVp，滿足設計

圖4調(diào)節(jié)兩個基本環(huán)節(jié)組成MPP遷移調(diào)節(jié)構成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)達到要求的動態(tài)性MPPT（DPDVM）。DPDVM的特點是檢測計算量小，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)學模型V為邏輯輸入級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)境分時片穩(wěn)定。光伏環(huán)境的穩(wěn)定將取決于光照變化。計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測數(shù)據(jù)。由數(shù)據(jù)分析，光輻射功率的相對變化率在每秒%以內(nèi)。折算到正弦波周期，光輻射功率相對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電壓電流穩(wěn)幅條件的光伏環(huán)境。單級逆變的前級邏輯輸入要得到組件MPPT，后級電路輸出要向電網(wǎng)饋送當前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當光伏環(huán)境變化時需要檢測反饋環(huán)節(jié)啟動MPP反饋控制環(huán)節(jié)運行使逆變系統(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光照不同時光伏電池I-V當光照增強時,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）是逆變負載不變時單變量光伏環(huán)境變化下啟動引導MPPT的功率電壓則。該規(guī)則可推廣到包含負載變動的多變量變化情形。如果光照和逆變負載同時變化，則 當dV<0，指示光照減弱或負載增加，或光照減弱多于負載下降，或光照增強不及負載增加；而當dV>0，則指示光照增強或負載下降，或光照增強多于負載增加，或光照減弱少于負載下降。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，可以增加逆變負載。離散差分計算下啟動MPPT的檢測反饋控制方法見表1。這一結果也可由光伏電池IV特性曲線的幾何分析得到。表1光照變化下啟動MPPT

圖6MPPT圖6MPPT項 項 判 負載下降較負載下降 負載增加較 較控制策略減載加載

z

-gV-2αV-Ugβg 光伏環(huán)境變化下將啟動和引導單次連續(xù)MPPT過程，根據(jù)控制策略改變逆變負載，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)正弦周期的逆變負載，檢測開關周期的電壓和電流，計算正弦周期的離散積功率，比較相鄰功率的大小，判斷負載調(diào)節(jié)方向并改變負載重復循環(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，控制增量起主導作用或環(huán)境增量起主導作用等幾種情況。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，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)或啟動時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)。光照和負載變化下組件輸出電壓微分為

實驗逆變電路的光伏電源和逆變橋的輸入端均設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，實驗得到圖8邏輯輸入級輸出電壓u波形。圖中u的電平穩(wěn)定在M工作點V，由（3）式計算選取電容值使波動幅度ΔVc很小，交換比λ≤0.5%，與理論分析計算一致。采用第三節(jié)MPP控制算法，實驗中光照變化時，穩(wěn)態(tài)偏置電壓c上下快速移動，與實驗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。實驗測得光照和負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，分析建立了MPPT啟動和率電壓法（DPDVM）的MPPT逆變控制策略。從實現(xiàn)過程看，無DC-DC變換直聯(lián)逆變屬周期間不等幅調(diào)制，旨在滿足單個周期上輸出正弦波功率。逆變環(huán)節(jié)由負載電流反饋實現(xiàn)MPP工作點的正弦波電流輸出以雙反饋控制環(huán)和級聯(lián)方式工作電路實驗表明，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，2008.陳敏.電池最大功率點追蹤的控制策略[J].能學報，2007，28(12)：13171320.周光明.基于DSP的光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的設計[J].能源工程，2004(5)：1923.何湘寧.一種新型的光伏最大功率點拓撲[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)最大功率點控制的一種改進措施及其仿真和實驗研究[J].電工電能新技術，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.單級式光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)中的最大功率點算法穩(wěn)定性研究[J].中國電機工程學報，2006，26(6):73周林.光伏陣列最大功率點控制方法綜述[J].高電壓技術，2008，34(6)：11451154.李晶.光伏發(fā)電系統(tǒng)中最大功率點算法的研究能學報，2007，28(3)：268李煒.光伏系統(tǒng)最大功率點控制仿真模型[J].計

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