基于PV-BUS结构的最小功率点跟踪研究

差分功率处理结构在提升光伏电池有效输出功率方面具有巨大的优势，变换器仅处理光伏模块之间的功率差额，就可以保证光伏阵列实现全局最大功率点跟踪。通过数学分析可以得到，在光伏–直流母线式差分功率处理结构中，差分功率变换器处理的总功率的最小功率点具有唯一性。文中所研究的最小功率点跟踪控制方法其目的是减小光伏系统中差分功率变换器处理的功率。最后在MATLAB/Simulink搭建了仿真模型进行验证，仿真结果表明集中变换器中的最小功率点跟踪与差分功率处理变换器中的最大功率点跟踪可以同时工作，有效提升系统的输出效率。

由于可再生能源的可持续性和环保性，其利用受到了越来越多的重视。在各种可再生能源中，由于光伏组件成本的降低， 政府的激励措施， 太阳能光伏系统的发电量在过去20 年里每年增长20%~25% [1]。

为了提高光伏发电效率，光伏系统的串并联结构和控制技术得到了广泛的研究。光伏系统的第一类串并联结构为集中式结构，其具有设计简单的优点。但是，当光伏阵列出现部分遮光情况时，集中式结构的输出功率会存在多个峰值。如果采用传统的最大功率点跟踪(MPPT)算法对集中式结构进行控制，光伏系统可能会运行在局部最大功率点，会很大程度影响系统效率[2] [3] [4] [5]。光伏系统的第二类串并联结构是分布式结构。在该结构中，每个光伏模块都连接一个功率微逆变器。与集中式架构相比，虽然该结构解决了部分遮阳问题，消除了光伏组件间不平衡的影响，但是由于使用的变换器数量较多，存在功率损耗较大的缺点[6] [7] [8]。为了解决两种架构的问题，提出了差分功率处理(DPP)结构。

光伏系统DPP 结构有多种连接方式。其中，在串联DPP 结构中，根据DPP 变换器输入、输出端连接对象，分为光伏–光伏(PV-PV)结构[9]、光伏–隔离端口(PV-IP)结构[10]-[15]与光伏–直流母线(PV-BUS)结构[16] [17] [18]。

对比失配场景下的MPP 结果， 所有DPP 结构的功率相较于传统串联结构提高了10.5%~18.1%，其中PV-BUS 结构比PV-PV 结构和PV-IP 结构的功率提高幅度大[19]。本文主要研究了利用双向反激拓扑实现的PV-BUS 式DPP 结构光伏系统的最小功率点跟踪(LPPT)控制， 相较于传统PV-BUS 结构，其所有DPP 变换器输出端并联后与集中变换器输出端直接相连，可以进一步减小变换器的功率损耗。

2. PV-BUS 式DPP 光伏系统 2.1. PV-BUS 式DPP 光伏系统结构 如图1 所示，PV-BUS 式DPP 光伏系统包含了n 个光伏模块PV1~PVn、n 个双向反激变换器构成的DPP 变换器和1 个升压变换器构成的集中变换器。

每个DPP 变换器的输入连接光伏模块，其可以向对应光伏模块注入电流或光伏模块向其输出电流， 以保证每个光伏模块运行在最大功率点。集中变换器的输入连接光伏阵列，通过调节集中变换器输入侧