雙級式光伏并網逆變器Boost控制算法研究

摘要：介紹了戶用型光伏并網發電的優點。指出在雙級式并網逆變器的Boost電路中，控制算法應當完成升壓控制和最大功率追蹤(Maximum Power Point Tracking，MPPT)，對這兩種控制策略進行了詳細研究。此外，對MPPT應用時的兩個實際問題最大功率限制輸出以及逆運行也進行了討論。最后在Simulink中建立了仿真模型，仿真結果表明Boost控制算法具有可行性。
關鍵詞：光伏；軟充電；最大功率追蹤

在光伏并網系統中，由于戶用型光伏發電技術可以克服日照分散性缺點，且在電網終端并網，所發出電能被負載就地消耗，減小了電能在傳輸過程中造成的損失。這樣在靈活性和經濟性上，都比光伏電站具有更大優勢。在戶用型并網逆變器中，雙級式并網逆變器由于其體積小、質量輕、效率高且成本較低等優點，具有廣闊的發展潛力。
在雙級式并網逆變器中，拓撲結構主要包括Boost和全橋逆變器電路。如圖1所示。本文主要對Boost電路進行詳細算法分析。

1 Boost控制算法研究
Boost要完成兩個任務。一就是在啟動的時候，若太陽電池板電壓小于母線額定電壓時，Boost電路應能完成升壓，使母線電壓達到并網要求；另外，就是要完成太陽能電池板的最大功率追蹤。下面分別對其進行研究。
1．1 Boost電路軟充電控制算法
Boost電路由于在系統中屬空載運行，對其實行軟充電。軟充電方式可以保證Boost在母線電壓比較低的時候快速充電，而在快要接近母線電壓的時候，放慢充電速度，減小母線電壓過沖。
軟充電方式控制流程，假設母線電壓額定值為400 V。在程序執行的時候，先判斷母線電壓是否超過額定電壓400 V，若否則開始充電控制。通過SoC判斷當前電壓是否接近額定值，若SoC0．9，則表示當前電壓值遠小于額定電壓，加速充電，若否表示當前電壓已接近額定電壓，則開始減速充電。
1．2 Boost電路MPPT控制算法
太陽能并網逆變器中，要充分發揮光伏電池板的效能應保證電池板隨時最大功率輸出。在雙級式并網逆變器中，通常由Boost電路來完成MPPT控制。MPPT控制和光伏電池板特性有很大關系，在輻照度和溫度變化時電池板的P—U曲線詳圖略。
根據電路最大功率傳輸定理，當電池板的內阻抗與負載阻抗相匹配時，電池板有最大功率輸出。由于在實際中，光伏電池板內阻抗隨著環境的變化而變換，由此可知MPPT過程實際上是尋找一個與內阻抗匹配的負載阻抗的過程。
在MPPT控制中，主要的問題是系統的擾動量。在單級式并網逆變器中，經常通過擾動PV電壓來實現MPPT。具體如圖2所示，即當電壓值U大于Uref時，通過增大輸出電流米降低當前電壓。這樣通過控制輸出電流大小就實現電壓U的控制，從而完成MPPT。

在雙級式并網逆變器巾Boost電路的輸出電壓Uout通常為恒定值，則根據公式U=Uout(1-D)，可知占空比的變化會引起輸入電壓U發生改變。所以若當前電壓U大于MPPT給定的參考電壓，則占空比增加，從而可使得U減小，完成MPPT控制。由于PI控制器存在積分環節，MPPT的速度以及系統超調都會受到PI控制器的影響。所以在雙級式并網逆變器中，通常采用直接擾動占空比來實現MPPT。具體如圖3所示。