单级式并网光伏逆变器的MPPT控制技术

虽然两级式并网光伏逆变器中各级变换器具有相对独立的控制目标和结构，而且各控制器的实现相对简单、独立，且对辐照度、温度等环境变化的适应范围广，但由于两级变换器的结构相对复杂，且系统的成本、损耗也相对较高，因此，具有结构简单、成本低、效率高等特点的单级式并网光伏逆变器系统得到了一定的关注。然而，由于单级式并网光伏逆变器系统中只存在一个DC/AC环节以实现能量变换，因此，其中的MPPT、电网电压同步和输出电流正弦控制等目标均由DC/AC环节来实现，控制相对复杂。

单级式并网光伏逆变系统由光伏电池、直流母线电容C、逆变桥以及滤波电感L等组成。然而，在有的系统中，由于光伏电池电压较低，逆变桥后还会增加一个升压变压器，显然这就抵消了单级式的优点，为此需要在足够高的光伏电池电压条件下，方可以采用无变压器的单级式并网光伏逆变系统，如图6-37所示。

图6-37 单级式并网光伏系统电路

与两级式并网光伏系统类似，单级式跟踪最大功率点的过程，就是不断调整逆变器电路有功输出，使光伏电池实际工作点能跟踪其最大功率点。针对单级式并网逆变器的控制，可以采用三环或双环两种控制结构来实现MPPT控制，分别讨论如下：

6.6.2.1 三环控制结构

图6-38 单级式并网逆变器MPPT控制的三环控制结构(www.xing528.com)

在单级式并网光伏系统中，若采用基于电压扰动的自寻优MPPT方案，则一般采用基于电流内环、直流电压中环以及MPPT功率外环的三环控制，如图6-38所示，其中：电流内环主要由电网电压和电流采样环节、电压同步环节、电流调节器、PWM调制和驱动环节等组成，以此实现直流到交流的逆变以及网侧单位功率因数正弦波电流控制；直流电压中环主要由直流母线电压检测、电压调节器等组成，以调节直流母线电压；而MPPT功率外环主要由输入功率采样环节和功率点控制环节等组成。而MPPT功率外环的输出作为直流电压中环的直流电压指令，通过直流电压中环的电压调节来搜索光伏电池的MPP，从而使并网光伏系统实现MPPT运行。

6.6.2.2 双环控制结构

在上述三环控制结构中，MPPT控制是通过并网逆变器直流母线电压的调节来实现MPP搜索的，即当光伏电池的工作电压大于最大功率点搜索电压指令时，通过电压中环、电流内环的双环调节来增加逆变电路的输出功率，从而使光伏电池的工作电压降低；而当光伏电池的工作电压小于最大功率点搜索电压指令时，也是通过电压中环、电流内环的双环调节来减少逆变电路的输出功率，从而使光伏电池的工作电压增加。

实际上，在单级式并网光伏逆变器的MPPT控制中，可以采用更为简化的MPPT功率外环以及电流内环的双环控制结构，如图6-39所示。通过电流内环电流幅值的增加来增加逆变电路输出功率，从而实现光伏电池最大功率点的搜索。换言之，双环控制结构并没有通过三环控制结构中直流母线电压的调节来调节并网逆变器的功率输出，而是直接通过电流内环的电流控制来直接调节并网逆变器的功率输出。

图6-39 单级式并网逆变器MPPT控制的双环控制结构