基于同步旋转坐标系电网电流控制的光伏系统无光伏侧传感器MPPT技术研究

为解决光伏系统中传统MPPT技术依赖PV侧传感器导致成本高的问题，研究人员创新性地提出基于同步旋转坐标系电网电流(dq轴电流)的MPPT控制方法。通过改进爬山法和粒子群优化(PSO)算法，直接利用电网电流实现最大功率点跟踪(MPPT)，实验证明该方法在2kWp 光伏系统中可降低28.57%硬件成本，且在辐照度突变和局部遮阴条件下仍保持>95%的跟踪效率，为规模化光伏并网提供了经济高效的解决方案。

　　

在全球能源转型背景下，光伏发电因其清洁特性成为可再生能源主力。然而，传统光伏系统最大功率点跟踪(MPPT)技术需依赖光伏(PV)侧电压/电流传感器，不仅增加系统成本（单个传感器价格占比高达系统总成本的28.57%），还因传感器故障影响可靠性。更棘手的是，当光伏阵列遭遇云层或树木遮挡引发的局部遮阴(Partial Shading)时，传统方法难以追踪多峰P-V曲线中的全局最大功率点(GMPP)。这些问题严重制约了光伏系统的大规模部署，尤其是对成本敏感的户用和微逆系统(Microinverter)。

针对这一挑战，由印度DSIR资助、国内某高校电力电子团队创新性地提出基于同步旋转坐标系(Synchronous Reference Frame)电网电流的MPPT方法。研究人员通过理论推导发现：在两级式并网系统中，电网侧d轴电流(i_d

)与光伏阵列输出功率存在严格单调关系，可作为MPPT的间接观测指标。这一发现使得利用现有逆变器控制所需的电网侧传感器（2电压+3电流）替代专用PV传感器成为可能。相关成果发表于《Renewable Energy》，为无传感器MPPT技术开辟了新路径。

研究采用三项关键技术：1) 建立考虑局部遮阴的单二极管光伏模型，量化不同遮阴模式下的多峰特性；2) 改进爬山法(Hill Climbing)和粒子群优化(PSO)算法，以i_d

最大化替代传统功率计算；3) 搭建2kW_p
实验平台（含ITECH SAS1000L太阳模拟器），通过FPGA控制器(WCU-300)实现实时控制。

PV阵列模型与系统架构
通过单二极管模型仿真5S1P配置的278V光伏阵列，证明局部遮阴会导致P-V曲线出现多个局部极值点。系统采用Boost升压变换器+两电平逆变器架构，通过调节占空比(d
)改变光伏工作点，同时维持直流母线电压恒定。

改进MPPT算法设计
传统爬山法通过扰动占空比并比较PV功率变化方向，而改进后的MPIG（Maximum Power Injection to Grid）技术仅需监测i_d

：当i_d

(k
)> i_d

(k-1
)时保持扰动方向，否则反转。PSO算法则通过粒子群协同搜索使i_d

最大的最优d
值，其适应度函数直接关联电网电流而非PV功率。

硬件验证与性能对比
实验显示：在辐照度从1000W/m²
突降至600W/m²
时，PSO-MPIG仅需0.8秒完成重跟踪，效率达97.3%；在50%遮阴条件下，传统P&O陷入局部极值，而PSO-MPIG准确锁定GMPP。对比12种主流MPPT方法，该技术综合性能排名第一，且总谐波失真(THD)<3%，满足IEEE-519标准。

该研究实现了三大突破：1) 首次将同步坐标系电网电流作为MPPT控制变量，理论证明i_d

与PV功率的单调性；2) 硬件成本降低28.57%，可靠性提升；3) 算法兼容现有MPPT框架，仅需修改输入参数。正如Sankar Peddapati团队所述，这项技术尤其适用于需要高性价比解决方案的新兴市场，为全球能源公平提供了关键技术支撑。未来研究方向包括扩展至单相系统及与储能装置的协同控制。