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光伏发电技术 并网逆变器 储能系统 ★ 5.0

一种用于光伏逆变器中消除调节器的固有最大功率跟踪的新型直流电容缺额功率平衡机制

A Novel DC Capacitor Deficit Power Balancing Mechanism for Innate Maximum Power Tracking With Eliminated Regulators in PV-Inverters

作者 Aashish Kumar · K. Ramachandra Sekhar
期刊 IEEE Transactions on Industrial Electronics
出版日期 2025年1月
技术分类 光伏发电技术
技术标签 并网逆变器 储能系统
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 并网逆变器 直流电容 太阳能提取 功率平衡模型 最大功率点
语言:

中文摘要

在并网逆变器中,直流电容器维持直流母线电压,以向电网输送稳定的电力。然而,在单级逆变器配置中,直流母线电压会影响太阳能电池板的功率提取特性。因此,控制直流电容器的充电过程可协调太阳能的提取与向电网的同步注入。在逆变器初始启动时,直流电容器被充电至太阳能电站的开路电压,此时输入功率为零,但具有向电网注入功率的最大自然驱动力。允许因自然驱动力而产生的电网功率注入,会通过自适应的电容器电荷平衡来改变输入的太阳能功率。通过分析能量交换过程中直流电容器所受作用力的自然现象,本文提出了一种新颖的缺额功率平衡模型来推导逆变器调制策略。所提出的功率平衡机制在推导逆变器调制策略时,无需使用传统的功率跟踪算法、电压调节器和电流调节器。通过所提出的模型推导得出的逆变器调制策略,会自然地将逆变器的运行平衡点调整至最大功率点。因此,无论光照强度如何,系统都能在太阳能电站的最大功率点保持稳定。所提出机制的有效性已在硬件上得到验证。

English Abstract

In grid-connected inverters, dc capacitors maintain the dc bus voltage to feed the grid's regulated power. Nevertheless, the dc bus voltage influences the solar panel power extraction characteristics in a single-stage inverter configuration. Therefore, controlling the dc capacitor charge arbitrates solar energy extraction and simultaneous injection into the grid. At the initial start of the inverter, the dc capacitor is charged to the open circuit voltage of the solar farm, where the incoming power is zero but exhibits the maximum natural force for grid power injection. Allowing the grid power injection due to natural force alters the incoming solar power through an adaptive capacitor charge balance. By analyzing the natural phenomena of the exhibited forces on the dc capacitor during energy exchange, this work proposes a novel deficit power balancing model to derive the inverter modulation. The proposed power balancing mechanism eliminates the conventional power tracking algorithms, voltage, and current regulators while deriving inverter modulation. The derived inverter modulation through the proposed model naturally alters the inverter's operational equilibrium point to the maximum power point. Thus, regardless of irradiance, the system is stable at the solar farm's maximum power point. The efficacy of the proposed mechanism is verified on hardware.
S

SunView 深度解读

从阳光电源光伏逆变器业务角度分析,这篇论文提出的直流电容亏缺功率平衡机制具有显著的技术创新价值和应用潜力。

该技术的核心突破在于消除了传统单级逆变器中MPPT算法、电压和电流调节器等控制环节,通过直流电容充放电的自然力学特性实现最大功率点跟踪。这种"无算法"的本征式控制理念与阳光电源在逆变器控制技术上的持续创新方向高度契合。具体价值体现在三个层面:首先,简化的控制架构可降低DSP/MCU的计算负荷,为阳光电源SG系列组串式逆变器的成本优化提供新路径;其次,消除传统调节器后系统响应速度理论上更快,这对应对光照快速变化场景(如山地、海上光伏电站)具有实际意义;第三,该机制从电容初始充电至开路电压启动的设计思路,可能为阳光电源储能变流器PCS产品的启动策略提供借鉴。

然而技术成熟度方面存在明显挑战。论文仅验证了硬件可行性,未涉及电网复杂工况下的适应性测试,特别是弱电网、电压跌落等极端场景下的稳定性需深入评估。直流电容的"自然力平衡"机制对器件参数一致性要求可能较高,这在大规模生产中需严格的容差控制。此外,该方法在多组串并联、不均匀遮挡等实际应用场景中的表现尚不明确。

建议阳光电源中央研究院将此技术列入中长期预研项目,重点关注其在微型逆变器、特定应用场景(如离网系统)的适配性,同时评估与公司现有iSolarCloud智慧能源管理平台的协同潜力。