引言
随着人类社会的发展，传统能源面临枯竭，环境污染严重，这使人类对清洁能源的需求越来越大。光伏发电作为一种可再生的清洁能源，具有可持续发展等优势，因而备受关注。然而，光伏发电系统的输出功率与光照强度有直接关系，并且光伏电池的输出电压也会受到环境温度、光照强度等因素影响，传统控制技术并不能精确地控制光伏电池的输出功率。因此需要研究一种更加稳定、可靠、精准的控制技术。本文针对传统控制技术存在的问题，提出一种新的光伏逆变器控制技术，并对该技术进行了理论分析和仿真分析，验证了其有效性。
一、光伏逆变器基础知识
1.1 光伏逆变器概述
光伏逆变器是指将直流电转变成交流电的装置，在光伏发电系统中，逆变器是核心部分，主要功能是将直流电转换成交流电。通常逆变器将直流电逆变成交流电的功能称为逆变。逆变器可以将光伏阵列中的直流电转换成交流电，也可以将交流电转换成直流电。逆变器有多种形式：单相逆变器、多相逆变器等。在实际应用中，多相逆变器是最常用的一种形式，目前工业应用中多采用三相逆变器，其优点是输出电压谐波小，运行效率高，输出功率因数高[2]。
1.2 光伏逆变器工作原理
光伏逆变器工作原理：光伏发电系统中，光伏阵列的输出功率不稳定，受光照强度和温度的影响较大。因此，为了实现对输出功率的有效控制，通常需要通过逆变器对其进行控制。在逆变器中，有一个核心器件是控制芯片。控制芯片将外部信息（如光照强度和温度等）转换成电压和频率信号，通过交流信号发生器（逆变器内部）变为直流电。在输出端，控制芯片根据这些直流电压和频率信号产生相应的直流电（直流电逆变成交流电）。在逆变器内部，直流电压经过直流母线被升压电路升压后再进入负载。光伏阵列的输出功率通过最大功率点跟踪和跟踪算法在逆变器中被调整以保持功率平衡[8]。
1.3 光伏逆变器分类
光伏逆变器按照逆变器的拓扑结构可分为两大类：单相型和多相型。单相型逆变器工作时，输出电压中含有两个正弦波峰和一个负弦波。
1.4光伏逆变器控制策略
光伏逆变器的控制策略包括了对输出功率的控制、对输出电压的控制以及对系统通信的控制，在光伏发电系统中，一般需要对这些模块进行有效控制，使其能够按照预期工作。当前常见的光伏逆变器控制策略主要有： PWM控制策略、 MPPT控制策略、电压电流双闭环控制策略、 DC/DC变换器设计等[7]。
二、光伏逆变器控制技术研究
2.1 控制技术概述
控制技术是根据特定的目的，利用信息处理系统，对所输入的信息进行检测、分析、计算、综合后输出相应的结果，并通过反馈来修正控制系统的行为，使之达到预定目标。
现代控制理论发展十分迅速，其基本思想是：以系统的输入、输出关系为研究对象，以系统的输入输出方程为研究对象，对输入输出关系进行数学运算、分析与综合，从理论上说明系统的特性，并在此基础上设计出合理的控制策略。
近年来随着计算机技术的发展，其在电力电子领域得到了广泛应用。例如：可编程控制器（PLC）、数字控制器（DDC）、嵌入式计算机、单片机等[4]。
2.2 传统控制技术分析
传统的控制技术有很多，常见的有 PID控制、模糊控制、神经网络控制、专家系统等。传统的 PID控制具有良好的动态性能和静态性能，但是当系统受到干扰时，会出现超调量过大，响应时间过长等缺点。模糊控制是在传统 PID控制基础上发展而来，具有超调量小、稳态精度高、抗干扰能力强等优点，但是模糊控制存在模糊规则的选择问题和隶属度函数的选取问题，需要建立相应的模糊规则库。神经网络控制具有学习速度快、鲁棒性好、抗干扰能力强等优点，但存在着计算量大和占用内存资源多等缺点。专家系统是根据专家知识建立的一套模拟人思维活动的软件系统，它具有较好的自学习能力[3]。
2.3 新型高效控制技术介绍
目前，新型高效控制技术主要包括：基于神经网络的控制、基于智能优化的控制、基于模糊理论的控制等。这些控制技术都有其各自的优缺点，但是都有着广阔的发展空间和应用前景。
其中，基于神经网络的控制具有较好的鲁棒性和自适应能力，但容易出现局部最小值问题。基于智能优化理论的控制具有较好的全局优化能力，但存在着计算量过大、实时性差等缺点。
三、案例分析与实验验证
3.1 案例分析
案例1:一台10 kW的光伏逆变器，采用TMS320F2812DSP作为控制核心，逆变器容量为40 kW。光伏阵列为两排平行排列，光伏阵列最大功率点跟踪算法采用电压电流双闭环控制，并在此基础上对输出进行动态解耦。逆变器输出电压波形 。通过对控制系统的设计，获得了稳定可靠的光伏阵列输出波形。通过对控制算法的研究，实现了对光伏阵列输出电压波形的实时跟踪控制[6]。
3.1.1 典型逆变器控制方案分析
在光伏发电系统中，逆变器的工作过程是将太阳能电池产生的直流电转换为具有特定波形和频率的交流电，主要由直流输入环节、逆变器变换环节、控制环节和辅助环节构成[2] 。
通过对上述逆变器控制技术的分析可知，典型逆变器控制方案中通常采用双闭环控制策略，在此基础上通过对电压电流进行解耦，实现了对光伏阵列输出电压波形的实时跟踪控制。在进行具体分析时，由于光伏阵列输出电压存在不稳定因素，因此采用电压电流双闭环控制策略实现对输出电压波形的实时跟踪。在此基础上，对光伏阵列输出进行动态解耦处理，以获得稳定可靠的光伏阵列输出电压波形[7]。
3.1.2 案例逆变器参数设计
案例1的逆变器额定电压为1000V，额定功率为10 kW，直流输入电压为200V，交流输入电压为230V，直流输出电压为280V，光伏阵列数量为4排，每排4块电池板，每排电池板大小相同，共需要光伏阵列数量8个。根据逆变器的控制要求，需要对逆变器参数进行设计。根据逆变器的控制要求，需要设计逆变器的直流输出电压、交流输入电压和电流以及光伏阵列输出电压和电流等相关参数[5]。在此基础上，对光伏阵列输出功率进行计算分析可知，光伏阵列的输出功率主要受太阳辐射强度、电池板面积和负载等因素影响[5]。
3.2 实验验证
通过对案例1的逆变器控制方案分析可知，典型逆变器控制方案中通常采用电压电流双闭环控制策略，在此基础上，对光伏阵列输出进行动态解耦处理，以获得稳定可靠的光伏阵列输出波形。通过对上述控制方案的分析可知，基于电压电流双闭环控制策略，设计了光伏阵列最大功率点跟踪算法，并通过实验平台进行验证[8]。在实验平台上对不同天气条件下的光伏阵列最大功率点跟踪算法进行了实验验证。在实验中，采用电压电流双闭环控制策略，分别对直流输入电压和交流输入电压进行跟踪控制，以获得稳定可靠的光伏阵列输出波形。
3.2.1 实验平台介绍
将光伏电池板固定在一个可以调节高度的支架上，并采用两个串联的逆变器，两个逆变器之间用一根电缆连接，通过电缆将直流电转成交流电。光伏电池板可以根据阳光照射的不同，调整光伏电池板的倾角。在地面上进行两个逆变器之间的连接，通过电缆将交流电输入到一个直流母线中，并通过直流母线将交流电输出到负载上。逆变器采用基于 DSP和 FPGA技术的控制电路来控制系统输出电压。整个光伏发电系统可以分为四个部分：光伏电池板、控制器、逆变器、直流母线[4]。光伏电池板和控制器通过电缆连接到直流母线上，而逆变器和直流母线通过电缆连接到负载。
3.2.2 实验结果分析
在实验中，利用控制系统对直流输入电压进行跟踪控制，并将输出电压波形进行同步跟踪处理，以获得稳定可靠的光伏阵列输出波形[7]。
3.2.3案例分析
通过对案例1的逆变器控制技术分析可知，该逆变器控制技术在实现光伏阵列最大功率点跟踪方面具有显著的优势。在进行实验时，首先需要确定最大功率点跟踪算法。通过对逆变器控制技术的研究，可以获得稳定可靠的光伏阵列输出波形[1]。在案例1中，采用电压电流双闭环控制策略，实现了对光伏阵列最大功率点跟踪算法的设计。在实验中，采用电压电流双闭环控制策略，能够获得稳定可靠的光伏阵列输出波形。
四、新型高效光伏逆变器控制技术的优势与挑战
4.1 优势
无需进行功率跟踪，降低了光伏系统的复杂度和成本。
{1}提高了系统的动态响应速度，消除了直流电流反馈带来的谐波，有效地降低了系统损耗。
新型控制技术具有良好的温度和湿度适应性，在高温和高湿条件下，逆变器的效率都很高。
（2）采用高频逆变技术，充分利用了电力电子器件的开关频率高、开关损耗低的优点，极大地降低了逆变器成本。
（3）由于高频逆变技术能够减少器件数量，简化了电路设计，逆变器的体积和重量都得到了有效控制。
（4）提高了逆变器的可靠性。
（5）采用新型控制技术后，系统可以实现智能化控制。
4.2 挑战与解决方案
（1）光伏组件和逆变器的 MPPT需要高精度的控制算法，现有的技术需要进一步改进，以实现更好的动态响应和更高的跟踪精度；
（2）如何设计相应的控制器以提高系统稳定性、增加功率输出密度和减小系统成本；
（3）如何在复杂应用场景下，实现最优输出功率跟踪和最大功率点跟踪；
（4）如何根据负载需求和太阳电池组件特性，优化系统效率；
（5）如何设计合适的反馈环路，实现最优 MPPT跟踪效果和稳定输出；
（6）如何对 MPPT跟踪过程中产生的谐波进行抑制，保持并网电流的正弦波形并减小谐波含量；
（7）如何解决复杂应用场景下 MPPT跟踪算法复杂度高和实时性差问题[3]。
五、结论与展望
5.1 结论总结
（1）在光伏逆变器的研究过程中，对于逆变器的控制策略也是不断发展和进步的，从传统的基于单相和三相的逆变器，到现在可以实现多相的逆变器，进而可以实现整个系统的控制。随着光伏发电系统的不断发展，在系统控制中需要对逆变器进行合理和有效的控制，并且要在光伏发电系统中不断发展出新技术，进而推动光伏发电系统得到更好的发展[1]。
（2）在对光伏逆变器进行控制过程中，对于控制策略要结合实际情况来选择合理和有效的方法进行研究。通过对不同类型光伏发电系统进行研究和分析，最终实现对光伏发电系统进行更好地控制。
5.2 研究展望
（1）由于光伏发电系统是一个复杂的系统，所以需要在对光伏发电系统进行控制的过程中，要充分利用先进的技术来对光伏发电系统进行控制。例如，在对逆变器进行控制过程中，需要充分利用现代先进的技术来对整个控制系统进行完善和优化，进而为光伏发电系统提供更好地支持[6]。
（2）由于目前对于逆变器的研究主要是集中在单相逆变器的研究上，但是在多相逆变器和其他类型逆变器的研究过程中，要结合实际情况来选择合理和有效的方法来对其进行控制。通过不断研究和分析，最终实现对光伏发电系统进行更好地控制，进而为太阳能的充分利用提供保障[2]。
参考文献
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