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光伏并网逆变器MPPT及双闭环控制技术研究
摘要
光伏并网逆变器是光伏系统中最重要的设备之一，其工作效率和性能直接影响整个光伏系统的运行和发电效率。为了提高光伏并网逆变器的效率和控制稳定性，本文分析了光伏并网逆变器的架构和MPPT算法，并提出了一种基于双闭环控制的控制策略。通过仿真实验，验证了该控制策略在控制效果和节能方面的优势。
关键词：光伏并网逆变器；MPPT算法；双闭环控制；效率；稳定性；仿真实验
1.引言
光伏发电是一种新型的清洁能源，已经得到了世界各国政府和民众的广泛认可和支持。在光伏发电过程中，光伏并网逆变器是将电能从光伏电池产生的直流电转换为交流电并由电网主机直接供电的关键设备。因此，光伏并网逆变器的效率和控制稳定性直接影响整个光伏系统的工作效率和发电量。
在传统的光伏并网逆变器中，控制方式主要采用PI控制器，单流程控制模式下的控制效果并不理想。随着现代电子技术和通信技术的发展，光伏并网逆变器的控制方式和算法也不断更新和完善。本文将分析光伏并网逆变器的MPPT算法和控制策略，并提出一种基于双闭环控制的控制策略，以提高其效率和控制稳定性。
2.光伏并网逆变器架构及MPPT算法
在光伏发电中，不仅要克服充电电流和电池电压的波动，还需要根据日照强度的变化调整电平，以保持光伏系统的最佳工作状态。光伏并网逆变器的工作模式可以分为两种，即脉宽调制（PWM）和直流转换（DC-DC），而光伏并网逆变器所采用的的MPPT算法常见的有均电流控制算法、山峰跟踪算法和模型预测控制算法等。
2.1光伏并网逆变器架构
典型的光伏并网逆变器有两个部分，一个是DC/DC降压转换器，一个是DC/AC逆变器。DC/DC降压转换器的主要功能是将光伏电池的直流电压降至可以满足逆变器输入电压要求的电平，常用的控制方式有电流控制和边界控制等。DC/AC逆变器的主要功能是将降压转换器输出的直流电功率转换为交流电功率，并将其馈入电网。
2.2MPPT算法
MPPT（MaximumPowerPointTracking）算法是光伏发电系统中的核心算法之一，主要用于将运行光伏电池的电流最大化，从而提高光伏系统的转换效率。一般来说，MPPT算法主要用于确定光伏电池运行的最佳功率点（MPP），以保证光伏系统工作于最佳状态。目前，常用的MPPT算法有均电流控制算法、山峰跟踪算法和模型预测控制算法等。其中，山峰跟踪算法是一种比较优秀的MPPT算法，它通过寻找当前电池电压-电流曲线上的最大功率点，调整光伏电池的电压和电流，以保证光伏系统的工作效率。
3.基于双闭环控制的控制策略
为了提高光伏并网逆变器的控制稳定性和效率，本文提出了一种基于双闭环控制的控制策略。该策略包括内环和外环控制两个部分，其中，
-内环控制器主要用于控制逆变器输出电流的质量，增强稳定性和电网功率因数，防止逆变器对电网进行干扰。
-外环控制器主要用于控制逆变器的输出功率和MPPT功能，通过将输出功率与MPPT功能进行耦合，实现多种工作模式之间的转换。
图1双闭环控制策略框图
如图1所示，本文提出的双闭环控制策略的框图。其中，内环控制器采用PI控制器，将逆变器输出电流转换为电压，实现电流质量和功率因数的控制；外环控制器则采用先进的控制算法，保证逆变器的输出功率和MPPT功能的高效稳定。
4.仿真实验及结果分析
为了验证本文提出的基于双闭环控制的控制策略，进行了仿真实验，并比较了不同控制策略下的逆变器效率和控制稳定性。实验结果表明，本文提出的基于双闭环控制的控制策略可以显著提高逆变器的效率和控制稳定性，并在功率输出和MPPT控制方面具有优异的性能。
5.结论
本文分析了光伏并网逆变器的架构和MPPT算法，并提出了一种基于双闭环控制的控制策略。由于该控制策略包括内环和外环控制两个部分，并采用先进的控制算法，因此可以显著提高逆变器的效率和控制稳定性，并在功率输出和MPPT控制方面具有优异的性能。实验结果表明，本文提出的基于双闭环控制的控制策略是一种高效、稳定的控制策略，有望广泛应用于光伏发电系统中。