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光伏发电技术 储能变流器PCS MPPT ★ 5.0

一种用于升降压型部分功率变换器的混合调制方法以提高零部分功率附近的MPPT效率

A Hybrid Modulation Approach for Step-Up/Down Partial Power Converter With Improved MPPT Efficiency Around Zero Partiality

作者 Neelesh Yadav · Andrii Chub · Naser Hassanpour · Andrei Blinov · Dmitri Vinnikov · Ilya Galkin
期刊 IEEE Transactions on Industry Applications
出版日期 2025年1月
技术分类 光伏发电技术
技术标签 储能变流器PCS MPPT
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 升降压部分功率变换器 混合调制 最大功率点跟踪 零偏度运行 效率提升
语言:

中文摘要

文献表明,升降压型部分功率变换器(PPC)具有较低的部分功率占比和较高的效率。然而,如果变换器采用相同的调制技术,其在接近零部分功率占比(即源电压和负载电压相同)的情况下运行会面临挑战。这是因为当PPC在串联端口电压为零时运行,电容器没有足够的能量来提供所需的电压增益。这使得采用传统调制方式的升降压型PPC不适用于光伏(PV)实际应用。在接近零部分功率占比运行时,最大功率点跟踪(MPPT)效率在串联端口电压接近零时会下降。本文提出了一种混合调制MPPT方法,该方法可使PPC在接近零部分功率占比系数时平稳运行,提高了MPPT效率。所提出的混合调制利用反向功率流(即循环能量)为电感充电,从而在接近零部分功率占比时实现电流可控。然而,由于在低部分功率占比区域之外采用相移调制(PSM)效率更高,因此PPC在该区域外采用PSM。实验研究证实了所提方法的有效性。一台连接到350 V直流母线的2.5 kW PPC样机在不同运行象限转换期间的MPPT效率达到了99.56%。此外,还将所提方法与一些现有方法进行了对比评估,以证明其优越性。

English Abstract

Step-up/down partial power converters (PPCs) offer lower partiality and increased efficiency, as evidenced by the literature. However, their operation near zero partiality, i.e., with the same source and load voltage, is challenging if the converter maintains the same modulation technique. This is because the capacitor does not have enough energy to provide the required voltage gain when a PPC operates at zero series port voltage. This renders a step-up/down PPC unsuitable for practical use in photovoltaic (PV) applications, resulting from using a conventional modulation. At near-zero partiality operation, the maximum power point tracking (MPPT) efficiency drops around zero voltage in the series port. The paper proposes a hybrid modulation MPPT method that allows PPC to operate smoothly near zero partiality coefficient, enhancing MPPT efficiency. The proposed hybrid modulation utilizes a reverse power flow, i.e., the circulating energy, to charge the inductor with energy, enabling current controllability near zero partiality. However, PPC employs PSM outside the low partiality region due to the higher efficiency provided. Experiment studies confirm the effectiveness of the proposed approach. A 2.5 kW PPC prototype connected to a 350 V dc bus demonstrates MPPT efficiency of 99.56% during transitions between operating quadrants. A comparative assessment of the proposed approach with some existing methods is also carried out to justify its superiority.
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SunView 深度解读

从阳光电源光伏逆变器和储能系统的技术路线来看,这篇论文提出的混合调制部分功率变换器(PPC)技术具有重要的应用价值。该技术针对升降压PPC在零偏置点附近运行时MPPT效率下降的痛点,通过混合调制策略实现了99.56%的高效MPPT跟踪,这对我们的组串式逆变器和分布式储能产品线具有直接借鉴意义。

从业务价值角度分析,该技术的核心优势在于解决了源侧与负载侧电压相近时的控制难题。在实际光伏应用场景中,当组件电压与直流母线电压接近时,传统PPC架构会出现控制失效,而该混合调制方案通过引入反向功率流(循环能量)为电感充电,保证了全工况下的电流可控性。这对于我们开发宽电压范围的光储一体机产品特别重要,可以显著提升系统在复杂工况下的适应能力。

技术成熟度方面,论文基于2.5kW、350V直流母线的原型验证了方案可行性,但距离我们百千瓦级以上商用产品仍有工程化距离。关键挑战包括:高功率等级下循环能量带来的损耗控制、调制策略切换的瞬态稳定性、以及与现有MPPT算法的融合优化。

从战略机遇看,该技术可应用于我们的户用储能系统和工商业储能产品,特别是在电池电压与光伏电压动态匹配的场景中。建议技术中心评估将此混合调制策略集成到下一代SG系列逆变器的可行性,重点关注多象限运行时的效率优化和成本控制,这将进一步巩固我们在高效能量转换领域的技术领先地位。