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光伏发电技术 并网逆变器 储能系统 MPPT ★ 5.0

一种基于指数滑模交流电压与电流控制器的自适应分数阶电压MPPT方法

An Adaptive Fractional Voltage MPPT With the Exponential Sliding AC Voltage and Current Controllers for Enhanced Power Processing Integrity

作者 Aashish Kumar · Baibhav Kumar Gupta · A. Surya Kiran · K. Ramachandra Sekhar
期刊 IEEE Transactions on Industry Applications
出版日期 2025年2月
技术分类 光伏发电技术
技术标签 并网逆变器 储能系统 MPPT
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 自适应分数开路电压MPPT算法 并网逆变器 功率处理 控制机制 实验验证
语言:

中文摘要

在本研究中,为并网逆变器设计了一种新颖的自适应分数开路电压(AFOCV)最大功率点跟踪(MPPT)算法,旨在在光照强度和温度波动的情况下优化功率处理的完整性并提高能量产量。所提出的算法引入了自适应太阳常数更新,以应对环境的不确定性。此外,为电压和电流控制器引入了一种新颖的控制机制,以提高注入电网的电流质量,同时将直流侧的电压偏差降至最低。该机制采用改进的指数趋近律来逼近所提出的滑模面。改进后的控制方法基于所设计的滑模面跟踪电压和电流误差,以实现稳态电压和电流参考值。所提出的滑模面还增强了内外环之间的协调性,确保运行更加平稳。它还改善了跟踪电压和电流参考值时的动态响应。此外,将所提出的算法与新颖的控制器相结合的效果与传统方法进行了比较,结果显示其在不同环境条件下具有更优越的性能。而且,在实验室开发的原型上通过实验验证了AFOCV算法与所提出的太阳能并网逆变器控制器相结合的有效性。该验证过程使用太阳能模拟器模拟了各种环境条件。

English Abstract

In this work, a novel adaptive fractional open circuit voltage (AFOCV) MPPT algorithm is devised for a grid-connected inverter, aiming to optimize power processing integrity and enhance energy yield amid fluctuating irradiance and temperature. The proposed algorithm incorporates adaptive solar constant updates to accommodate environmental uncertainty. Additionally, a novel control mechanism is introduced for voltage and current controllers to improve grid-injected current quality while minimizing voltage deviations on the DC side. This mechanism employs a modified exponential reaching law to approach the proposed sliding surface. The modified control tracks the voltage and current error based on the designed sliding surface to achieve the steady-state voltage and current reference. The proposed sliding surface additionally enhances coordination between inner and outer loops, ensuring smoother operation. It also improves dynamic response when tracking voltage and current references. Further, the effectiveness of the proposed algorithm, coupled with the novel controller, is compared with conventional methods, showcasing its superior performance under diverse environmental conditions. Moreover, the effectiveness of the AFOCV algorithm, coupled with the proposed controller for the solar grid-connected inverter, is experimentally validated on the developed prototype in the laboratory. This validation involves replicating various environmental conditions using a solar emulator.
S

SunView 深度解读

从阳光电源光伏逆变器和并网系统业务视角来看,这项自适应分数电压MPPT技术结合改进型指数滑模控制器的研究,为提升产品竞争力提供了重要的技术参考价值。

该技术的核心创新在于通过自适应太阳能常数更新机制来应对环境不确定性,这与阳光电源在复杂气候条件下的应用场景高度契合。相比传统分数开路电压法的固定系数,自适应机制能在辐照度和温度剧烈波动时保持更高的能量捕获效率,这对于阳光电源在高海拔、沙漠或海洋性气候等极端环境项目中的表现至关重要。实验验证显示该算法可显著提升能量产出,直接关联到系统全生命周期的投资回报率。

从控制策略角度,改进型指数趋近律滑模控制器在直流侧电压稳定性和并网电流质量方面的提升,能够有效解决阳光电源逆变器产品在弱电网接入场景中的技术挑战。内外环协调优化机制可减少电压超调和电流谐波,这对满足日益严格的电网标准(如IEEE 1547、IEC 61727)具有实际意义。

技术成熟度方面,该研究已完成实验室原型验证,但距离产品化应用仍需解决计算复杂度、参数自整定鲁棒性以及极端工况下的长期可靠性验证。对于阳光电源而言,可考虑将该算法集成到下一代高性能组串式或集中式逆变器的DSP/FPGA控制平台中,特别是在储能变流器的双向功率控制场景中,该技术的快速动态响应特性具有更广阔的应用前景。建议开展实际电站环境下的中试验证,评估其在大规模部署中的经济性和维护成本。