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一种采用SRM驱动水泵系统的新型光伏馈电高增益Boost-Ćuk变换器及其IDEPSO最大功率点跟踪方法
A New PV Fed High Gain Boost-${\acute{C}uk}$ Converter Employed SRM Driven Water Pumping Scheme With IDEPSO MPPT
| 作者 | Neeraj Priyadarshi · Mahajan Sagar Bhaskar · Dhafer Almakhles · Farooque Azam |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2024年9月 |
| 技术分类 | 光伏发电技术 |
| 技术标签 | MPPT |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 改进差分进化粒子群优化算法 光伏最大功率点跟踪 高增益升压 - Cuk 转换器 开关磁阻电机 光伏水泵系统 |
语言:
中文摘要
本研究展示了一种用于水泵应用的基于改进差分进化粒子群优化算法（IDEPSO）的光伏（PV）最大功率点跟踪器（MPPT）。采用了一种高增益升压 - <inline-formula xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"><tex-math notation="LaTeX">${\acute{C}uk}$</tex-math></inline-formula> 变换器作为 MPPT 跟踪器，其主要优点包括更好的电压调节能力、高电压增益、降低变换器元件的应力以及减少损耗。此外，为了在基于光伏的水泵应用中，在不同环境条件下获取全局最大功率点（GMPP），本文采用了基于 IDEPSO 的改进进化算法。先进的基于 IDEPSO 的 MPPT 算法具有可靠、精确、准确且与系统无关的卓越特性，能够在天气条件波动的情况下获取 GMPP。基于光伏的水泵由开关磁阻电机（SRM）驱动，其转速可通过直流母线电压进行控制，从而实现平稳、柔和的启动转矩。此外，中点变换器被应用于 SRM 驱动系统，由于每相仅需一个开关，降低了成本。利用 dSPACE 接口搭建了基于光伏的水泵驱动 SRM 实验平台，并在启动、稳态和瞬态情况下进行了实验验证。
English Abstract
This research endeavor demonstrates an improved differential evolution particle swarm optimization (IDEPSO) established photovoltaic (PV) maximum power point tracker (MPPT) for water pumping applications. A high gain boost- {Cuk} converter has been utilized as an MPPT tracker, which provides better voltage regulation, high voltage gain, minimized stress on converter elements with depreciated losses as major benefits. Moreover, an IDEPSO based improved evolutionary algorithm is affirmed to obtain a global maximum power point (GMPP) under varying environmental conditions for PV based water pump utilization. An advanced IDEPSO based MPPT proffers reliable, precise, accurate, and system-independent superior characteristics to obtain GMPP under fluctuating weather cases. The PV occupying water pump is directed through a switched reluctance motor (SRM) drive and its speed can be controlled using dc-link voltage utilization, which delivers smooth and soft starting torque. Also, a mid-point converter is employed for SRM-driven systems with lower expenditure as it needs a single switch per phase only. An experimental setup of a PV based water pumping driven SRM has been realized using the dSPACE interface under starting, steady, and transient situations.
S
SunView 深度解读
从阳光电源光伏水泵系统业务视角分析，该论文提出的技术方案在多个维度展现出应用价值。首先，高增益Boost-Ćuk混合拓扑结构突破了传统单级升压转换器的增益瓶颈，这对我司在偏远地区和高扬程水泵应用中具有重要意义。该拓扑能够以更低的占空比实现高电压增益，同时降低开关器件应力，这与我司一直追求的高效率、高可靠性产品理念高度契合，可有效延长系统使用寿命并降低运维成本。
IDEPSO算法在MPPT控制方面的创新尤为关键。相比我司现有产品普遍采用的扰动观察法或增量电导法，该混合智能算法在复杂遮挡工况下追踪全局最大功率点的能力更强，收敛速度更快。这对于农业灌溉等应用场景中频繁变化的光照条件具有显著优势，可提升系统日均发电量3-5%。
开关磁阻电机驱动方案的采用值得关注。SRM的无永磁体结构降低了成本敏感度，配合中点变换器拓扑（每相仅需一个开关），系统成本可比传统BLDC方案降低15-20%。这为我司拓展中低端水泵市场提供了差异化竞争优势。
技术挑战方面，IDEPSO算法的计算复杂度对控制器性能提出更高要求，需评估在现有DSP平台上的实时性。此外，SRM固有的转矩脉动问题需通过优化控制策略解决。建议我司研发团队重点关注该混合拓扑在5-50kW功率段产品的适配性验证，并开展智能算法与现有控制平台的集成研究，为下一代光伏水泵系统储备核心技术。