【摘 要】
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光伏发电输出特性易受外部环境改变影响,具有非线性、间歇性等特点。为提高太阳能的利用率,需要对非线性的光伏输出进行最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking,MPPT）控制。另外,光伏的输出电压较低,需利用高增益DC-DC升压变换器作为升压接口以实现并网。在现有的变换器技术中,单级多单元（Single-stage Multicell,SSMC）高增益DC-DC电能变换器
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光伏发电输出特性易受外部环境改变影响,具有非线性、间歇性等特点。为提高太阳能的利用率,需要对非线性的光伏输出进行最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking,MPPT）控制。另外,光伏的输出电压较低,需利用高增益DC-DC升压变换器作为升压接口以实现并网。在现有的变换器技术中,单级多单元（Single-stage Multicell,SSMC）高增益DC-DC电能变换器具有功率密度高、效率高、成本低等优点而被广泛的应用,但由于升压单元的增加,升压变换器中动态元件对应的增加,导致系统阶数过高,进而控制困难。从控制理论的角度看,只有已知变换器能控后才能对系统控制性能进行监控、调整;另外,对高阶系统的响应速度和控制精度提出了新的要求,也给其稳定的暂态与稳态响应带来了较大困难。据此,亟需针对高阶光伏系统实现降阶建模与高性能的最大功率跟踪控制:（1）针对光伏高阶单级多单元DC-DC变换器建立切换线性系统（Switched Linear System,SLS）数学模型,分别从图论和矩阵判据的角度研究高阶DC-DC变换器系统的能控性,以验证高增益变换器在光伏系统中电能转换的可行性。（2）基于状态空间理论,建立高阶电能变换器的平均参数数学模型（Parameter averaging based modeling,PAM）。基于系统的降阶模型,减少计算稳态工作点和传递函数的复杂度和计算量,为实现快速、稳定的最大功率跟踪控制奠定基础。（3）基于PAM降阶模型对光伏发电系统进行闭环控制设计,实现具有快速控制响应的最大功率跟踪控制。通过实验样机,验证所建立的PAM降阶模型,实验证明所提出的模型能够对高增益DC-DC变换器实现快速稳定的最大功率点跟踪控制。本文创新之处在于:通过研究SSMC高增益变换器的能控性,对复杂的高阶变换器拓扑结构与参数可控性进行分析,并对高阶变换器模型进行降阶建模,实现系统快速、稳定控制,为光伏高阶变换器的参数和控制设计提供理论和实际应用借鉴。
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