光伏面板阻抗谱测量的自适应开环控制策略研究

《Additive Manufacturing》：Adaptive open-loop control for converter-based impedance spectroscopy in PV panels

本文针对光伏（PV）面板在线阻抗谱（IS）测量中存在的谐振与带宽限制两大挑战，提出了一种基于自适应交流占空比调制的开环控制方法。通过系统分析升压转换器状态空间平均模型，揭示了关键参数对谐振频率与最大扰动信号频率的影响规律，并建立了转换器电气元件的设计准则。所提方法无需额外控制器，直接叠加自适应交流占空比至控制信号，确保了宽频带扰动信号的稳定注入。实验验证表明，该方法在多种辐照度与局部遮阴条件下均能有效提升IS测量精度，为光伏系统健康监测提供了创新解决方案。

　　

Highlight

本文系统分析了转换器基阻抗谱（IS）实施中的两个关键限制因素：基于考虑所有寄生参数的传统升压转换器的状态空间平均模型，分析了影响谐振和最大扰动信号频率的因素。这些见解对于设计转换器和确定有效IS实施的扰动频率范围至关重要。

自适应开环控制方法

如上所述，某些参数会影响谐振频率、谐振峰值和最大扰动信号频率。通过调节交流占空比的幅度，可以维持稳定的扰动信号。调节方法通常涉及两类：闭环控制（使用控制器）和开环控制（直接计算）。在闭环控制中，由于控制器带宽的限制，实现的扰动信号最大频率低于公式（12）的计算值。

实验验证

实验室开发了一个实验平台，用于在线IS实施和验证，如图8所示。使用dSPACE SCALEXIO箱作为数字控制器，生成并收集扰动信号及其相应的响应。电流测量使用具有宽频率带宽的高精度电流传感器（IT 65-S ULTRSTAB）进行。功率转换通过一个半桥SiC功率模块（PEB 8024）实现，该模块集成了直流总线...

结论

转换器基IS为在线表征系统提供了一种实用的解决方案，无需额外设备。它允许通过直接调整连接转换器的占空比来注入扰动信号。然而，如本研究分析，存在两个关键挑战：宽频带扰动信号注入期间转换器固有的谐振行为，以及最大扰动信号频率的限制。谐振可能使工作点进入非线性区域...