基于PSIM 的光伏系统差分功率处理在PV

太阳能应用正逐渐变得越来越重要，在实际应用中，由于光伏系统失配，光伏系统将损失大量的能量。为了解决，G.R.Walker 于2004 年提出了分布式最大功率点跟踪（DMPPT）的概念[1]。有许多DMPPT 解决方案可以解决功率不匹配问题。其中之一是差分功率处理（DPP）结构。DPP 的典型结构可以分为以下三种，PV-PV，PV-BUS 和PV-IP。本文针对传统PV-PV 的DPP 结构提出一种新的拓扑结构，通过PSIM 仿真，从而得出结果，并分析效率来验证所提出的系统结构。

1 新型PV-PV 的DPP 结构提出

本文提出的PV-PV 的DPP 结构，利用了三个光伏组件、两个DPP 转换器，以及一个串型直流转换器。DPP 转换器的拓扑结构是基于双向Buck-Boost 型，而串型直流转换器是Boost 型。DPP 转换器中最大功率追踪算法使用P&O 算法，该算法控制内部MOSFET 的占空比。同时利用优化算法对串型直流转换器求出合适的串电流值，从而可以降低整个系统的总功率损耗。如图1 所示，两个DPP 转换器沿三个PV 模块彼此交错地连接。每个DPP 转换器都可以利用光伏组件1 和光伏组件2 的电流和电压输入信号实现真正的MPPT 追踪。主电流分配流入串型直流转换器，也称为中央转换器，它控制Istring，从而确定通过DPP转换器处理的总功率。DPP 转换器处理的功率越小，中央转换器处理的功率越大。因此，可以降低DPP 转换器的功率应力与损耗。

正因为每个DPP 转换器都有自己的MPPT 控制器，所以它可以分别追踪真正的MPPT。中央转换器采用一种优化算法，可以使每个DPP 转换器的处理的功率最小。图2 显示了该系统的控制框图。有两个MPPT 控制器采用P&O 算法控制这两个DPP转换器，中央转换器使用优化算法控制Istring 从而控制中央转换器内部MOSFET 的占空比，之后输出为串电流参考值Iref，将被发送到PI 控制器进行下一次改进。这些算法独立工作，不会受到相互影响。

建筑工程施工中使用节能环保技术主要是在建设项目可行性研究、工程设计过程中，在保证建筑技术要求与用户要求的基础上，以节能环保性能为前提，尽量选择新材料与新施工技术，减少建筑工程施工中及使用后可能会出现的能源损耗与环境污染，在施工中，做好原料回收利用，使能源利用实现最大化，以可持续发展为基本理念，实现建筑工程施工的资源环境友好型目的。目前，在建筑工程施工中主要通过选择节能环保材料与节能环保施工技术实现节能环保要求。

Safety and happiness walk hand in hand while civilization and beauty comesideby side.

优化算法设计用于动态跟踪该系统唯一的最小功率点。图3 显示了该优化算法的流程图，其中Vpvk 和Ipvk 是每个光伏组件的电压和电流。每个DPP 转换器的电流Idppk 可以通过每个光伏组件电流和串电流Istring 分配之间的差异来计算。假设在功率处理过程中没有损耗，那么DPP 转换器的电压等于光伏组件的输出电压。每个DPP 转换器功率处理后的Pdppk，通过DPP 转换器处理的总功率是Pdppt，它是所有DPP 转换器的处理功率总和。当前的DPP 功率总和需要与前一时刻的DPP 功率总和相比较。如果ΔPdppt 为负，则表示算法正朝着最小点移动，因此，应该增加Istring 以确保它可以跟踪这一点；如果ΔPdppt 为正，则应减小Istring。此时输出的Istring 可以看做是新的参考电流Iref。采用PI 控制器对Istring 与Iref 相匹配比较，从而输出控制中央转换器的占空比。循环不断进行，直到它追踪到DPP 转换器处理的功率总和为最小功率后，才会达到稳定状态，此时中央转换器处理的功率为最大值，因此系统达到最大的功率输出。

图1 本文提出的PV-PV 的DPP 拓扑结构

图2 该系统控制框图

2 仿真与结果分析

基于图1，在PSIM中建立了所提出的PV-PV 的DPP 拓扑结构模型。在仿真中，MPPT 算法和优化算法应同时运行，它们独立工作，彼此之间没有任何干扰。由于系统在这一过程中高度耦合，有必要考虑这两种算法的时间尺度。如果这两种算法的动态响应同时以相同的时间尺度工作，则P&O 的MPPT 算法的扰动信号可能会在优化算法中引起非故意的响应。因此，经过参数调节后，意味着优化算法扰动每0.1 秒发生一次，MPPT 算法扰动每1 秒发生一次，大约比优化算法扰动慢10 倍。

在该稳态运行仿真中，PV 模块1 和3 的光照辐照度处于标准测试状态1000W/m2（STC），PV 模块2 为800W/m2。图4(a)-(c)给出了系统稳态运行的仿真结果。在图4(a)中，三个光伏组件可以跟踪其最大功率点并正常工作，这意味着MPPT 算法工作良好，没有任何干扰。图4(b)表明，串电流Istring 可以获得略小于三个光伏组件电流的稳态，这意味着优化算法工作正常，这两种算法同时独立工作。图4(c)显示了负载的电流、电压和功率输出波形。输出功率接近147W(54.5V*2.7A)，三个光伏组件的输入功率接近156W（54W+48W+54W），在这种情况下，整个系统的效率约为94.23%。

图3 优化算法的流程图

图4 稳态运行下的PV-PV 的DPP 系统的仿真结果图

3 结论

本文提出了新型PV-PV 的DPP 系统，该系统中优化算法倾向于使DPP 转换器的功率处理最优以及系统功率损耗最小化，MPPT 算法和优化算法的不同时间尺度可以使系统在不受任何干扰的情况下更加稳定。仿真结果表明，系统工作正常，运行效率大于94%。此外，该系统还解决了实际应用中光伏系统失配问题。

参考文献

[1] G. Graditi， G. Adinolfi and A. Del Giudice，“Experimental performances of a DMPPT multitopology converter，” 2015 International Conference on Renewable Energy Research and Applications (ICRERA)， Palermo， 2015， pp. 1005-1009.