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用于低直流链路电容和差分功率处理的住宅用光伏系统超快最大功率点跟踪
Ultra-Fast MPPT for Residential PV Systems With Low DC-Link Capacitance and Differential Power Processing
| 作者 | |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 技术分类 | 光伏发电技术 |
| 技术标签 | 储能系统 MPPT 户用光伏 可靠性分析 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 光伏系统 差分功率处理 最大功率点跟踪 直流母线电容 反激变换器 |
语言:
中文摘要
在选择光伏(PV)架构和变流器拓扑时,跟踪效率、成本和可靠性是重要因素。光伏系统需要功率变流器来实现最大功率提取,其中直流 - 直流变流器是常见选择。差分功率处理(DPP)架构可通过减少流经这些变流器的功率,在仍具备最大功率点跟踪(MPPT)能力的同时,实现更高的效率和更低的成本。单相并网光伏系统是住宅应用中最常用的选择,其直流母线需要大容量电容,以最小化由二倍频脉动功率引起的电压纹波,这会影响系统的成本和可靠性。本文为DPP架构中的反激式变流器引入了一种新的MPPT运行模式。所提出的MPPT方法展现出极快的动态性能,即使在母线电压出现极端变化时,也能实现最大功率提取。通过这种方式,该方法能显著减小直流母线电容,降低成本,并便于使用陶瓷电容,同时保持出色的跟踪效率。分析中纳入了全面的模型,用于描述理想和非理想反激式变流器的大信号动态行为,并辅以详细的数学推导。系统的性能表现和极限通过仿真和实验结果得到验证。
English Abstract
Tracking efficiency, cost, and reliability are important factors when selecting photovoltaic (PV) architectures and converter topologies. PV systems require power converters to maximize power extraction, for which dc–dc converters are a common choice. Differential power processing (DPP) architectures can achieve higher efficiencies and lower cost by reducing the amount of power passing through these converters, while still providing maximum power point tracking (MPPT) capabilities. Single-phase grid connected PV systems, which are the most popular choice in residential applications, require a large capacitance in the dc bus to minimize the voltage ripple caused by double-line pulsating power, impacting the cost and reliability of the system. This work introduces a new MPPT mode of operation for flyback converters in DPP architectures. The proposed MPPT method shows extremely fast dynamic performance and it is capable of maximizing the power extraction even for extreme variations in the bus voltage. In this way, the method enables a significant reduction in the dc bus capacitance, reducing costs, and facilitating the use of ceramic capacitors, while maintaining excellent tracking efficiency. The analysis incorporates comprehensive models that characterize the large-signal dynamic behavior of ideal and nonideal flyback converters, and it is supported by detailed mathematical procedures. The system performance behavior, and limits are validated through simulation and experimental results.
S
SunView 深度解读
从阳光电源住宅光伏逆变器业务视角看,该论文提出的差异功率处理(DPP)架构与超快速MPPT技术具有显著的战略价值。
**核心技术价值**:该技术针对单相并网系统的固有挑战——双倍工频功率脉动导致的大容量直流母线电容需求,提出了创新解决方案。通过改进反激变换器的MPPT运行模式,即使在母线电压剧烈波动情况下也能保持最大功率跟踪,这使得直流侧电容可大幅削减。对于阳光电源的住宅逆变器产品线,这意味着可用陶瓷电容替代电解电容,直接提升系统可靠性和使用寿命,同时降低BOM成本。
**业务协同机遇**:DPP架构通过减少经过功率变换器的能量流,可提高整体效率并降低热管理需求。这与阳光电源追求高功率密度、高效率的产品策略高度契合。特别是在组件级优化场景(如阴影遮挡、组件失配),该技术的超快动态响应能力可显著提升发电量,增强产品竞争力。
**技术成熟度评估**:论文提供了完整的大信号动态模型和实验验证,技术可行性已得到证实。但从工程化角度,需要关注反激变换器在大功率场景的应用限制、电磁兼容性设计以及与现有逆变器拓扑的集成复杂度。
**战略建议**:建议将该技术纳入下一代户用逆变器的预研项目,重点评估在1-10kW功率等级的应用潜力,并探索与阳光电源现有组件级电力电子技术的融合路径,形成差异化的系统解决方案,巩固在全球户用光伏市场的领先地位。