CN103472885B - 应用于多级式光伏并网发电系统的最大功率点追踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了应用于多级式光伏并网发电系统的最大功率点跟踪方法，首先对光伏阵列电压、直流母线电压、并网电流和电网电压进行采样；其次对多级式光伏发电系统进行建模，并分析得出系统的稳定性工作条件；最后对多级式光伏并网发电系统进行最大功率点跟踪。本发明方法稳态条件下能够快速准确地实现最大功率点跟踪，仅需对阵列输出电压进行采样与观测，其实现成本低，算法简单可靠，且能有效避免母线电压崩溃现象；而且该算法不受光照强弱的影响，可以实现全功率段的有效稳态跟踪；另外不会受到采样量化误差的影响，且控制量精度越高，还可根据系统输出功率值采用变步长法实现稳态条件下的快速跟踪。

Description

应用于多级式光伏并网发电系统的最大功率点追踪方法

技术领域

本发明属于太阳能分布式可再生新能源发电技术领域，具体涉及一种应用于多级式光伏并网发电系统的最大功率点追踪方法。

背景技术

光伏电池的输出功率特性具有很强的非线性，其最大输出功率及最大输出功率点电压与电流随着温度、光照强度、光照的不均衡度等因素变化。采用有效的最大功率点跟踪算法，才能提高光伏发电系统对光伏电池组件电能的利用率。目前，光伏发电系统实现最大功率点跟踪的方法有很多：定电压法、扰动观察法、增量电导法、智能MPPT以及很多的新型算法等等，但是这些方法各有其优缺点及适用范围，定电压法是一种开环MPPT算法，控制简单快速，但由于忽略了温度对光伏电池板输出电压的影响，因此，温差越大，定电压发的跟踪误差越大；扰动观察法具有控制概念清晰、简单、被测参数少等优点，但是电压初始值及扰动电压步长对跟踪精度与速度有较大影响；增量电导法的主要优点是控制稳定度高，当外部环境参数变化时，系统能平稳的追踪其变化，且与光伏电池的特性与参数无关，但是其对控制系统的要求较高，另外，电压初始值对系统启动过程中的跟踪性能有较大影响；智能MPPT设计过程比较复杂，不易于编程。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于多级式光伏并网发电系统的最大功率点跟踪方法，稳态条件下能够快速准确地实现最大功率点跟踪，仅需对阵列输出电压进行采样与观测，且能有效避免母线电压崩溃现象，而且该方法不受光照强弱的影响，可以实现全功率段的有效稳态跟踪。

本发明所采用的技术方案是，应用于多级式光伏并网发电系统的最大功率点跟踪方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：对光伏阵列电压、直流母线电压、并网电流和电网电压进行采样；

步骤2：对多级式光伏并网发电系统进行建模，并分析得出系统的稳定性工作条件；

步骤3：对多级式光伏并网发电系统进行最大功率点跟踪。

本发明的特点还在于，

其中的步骤2对多级式光伏并网发电系统进行建模，并分析得出系统的稳定性工作条件，具体按照以下步骤实施：

用可控直流电压源代表直流母线，控制其电压为母线电压给定V_dcref，将DC_DC变换器等效为理想的直流变压器，变压器变比满足由于V_PV随着光伏阵列的工作点而改变，所以变压器为可调变比的，将逆变并网部分直接等效为电流源；忽略防反充二极管的压降，电容C两端的电压与光伏阵列电压相等，以i_pv、i_c、i分别表示光伏阵列输出瞬时电流、直流滤波电容瞬时充电电流以及滤波电容后面部分电路的瞬时电流，V_PV表示光伏阵列输出瞬时电压，P_ref为给定瞬时并网功率，忽略并网无功功率的影响，以P₁和P₂分别表示变压器原边和副边的功率，P₁与P₂相等，P_dc表示直流母线的功率流动量，则：

$i_{\mathrm{pv}}=i_c+i=C\frac{{\mathrm{dv}}_{\mathrm{pv}}}{\mathrm{dt}}+\frac{P_1}{v_{\mathrm{pv}}},$

$\underset{t}{\overset{t+T}{\∫}}{P}_{\mathrm{ref}}=\underset{t}{\overset{t+T}{\∫}}(P_2+P_{\mathrm{dc}})=P_{2}T+\frac{1}{2}{C}_{\mathrm{dc}}\mathrm{\Δ}{V_{\mathrm{dc}}}^2,$

其中，T为并网周期，ΔV_dc为一个并网周期内母线电压的变化量，C_dc为母线电容，而母线电压经过控制以后波动非常小，可以忽略，得出：

P_ref＝P₂＝P₁，

$i_{\mathrm{pv}}=i_c+i=C\frac{{\mathrm{dv}}_{\mathrm{pv}}}{\mathrm{dt}}+\frac{p_{\mathrm{ref}}}{v_{\mathrm{pv}}},$

结合光伏电池组件的工程数学模型I_z＝f(I_ph,V)＝I_ph-ε[exp(ξV_z)-1]与上式可以得到如下式表示的光伏并网发电系统动态模型，式中，

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{v}}_{\mathrm{pv}}=\frac{I_{\mathrm{ph}}}{C}-\frac{\mathrm{\ϵ}}{C}[\exp \left({\mathrm{\ξv}}_{\mathrm{pv}}\right)-1]-\frac{p_{\mathrm{ref}}}{{\mathrm{Cv}}_{\mathrm{pv}}}\\ v_{\mathrm{pv}}=v_{\mathrm{pv}}\left(0\right)+{\stackrel{\·}{v}}_{\mathrm{pv}}\end{array}\right.,$

其中，I_z为光伏组件输出电流，I_ph为电池组件的等效光生电流，V_z为光伏组件输出电压，ε＝n_pI₀，n_p为并联电池单元数目，I₀为光伏电池内部等效二极管的P-N结反向饱和电流，q为电子电荷量，n_c为二极管特性因子，k_c为波尔兹曼常数，T为光伏电池绝对温度，n_s为串联电池单元数目；

对于单相系统，P_ref中含有交流成分，描述为：

$P_{\mathrm{ref}}=\stackrel{\‾}{P}+\stackrel{\‾}{P}\cos 2{\mathrm{\ω}}_{g}t,$

其中，为平均输出功率，ω_g为电网频率；

对于三相系统，P_ref中仅含有直流成分，用下式表示：

$P_{\mathrm{ref}}=\stackrel{\‾}{P},$

直流滤波电容中储存一定的能量，且存在：

P_pv＝P_ref+i_cv_pv，

由以上对多级式光伏并网发电系统的建模，定性分析得出稳定性规律：在光伏阵列P-V曲线最大功率点左侧，如果对给定功率P_ref一个正扰动，则光伏阵列电压v_pv下降，光伏阵列输出功率P_pv下降，如果连续施加正扰动，则阵列电压会持续向左移动导致系统崩溃；如果对给定功率P_ref一个负扰动，则光伏阵列的电压v_pv上升，光伏阵列输出功率P_pv上升，如果持续施加负扰动，则阵列电压会持续向右移动直到进入最大功率点右侧区域；在最大功率点右侧，对给定功率P_ref一个正扰动，则光伏阵列电压V_PV下降，光伏阵列输出功率P_pv上升，连续施加正扰动会使阵列电压持续向左运动，输出功率不断上升，直至越过最大功率点进入左侧区域；所以对于多级式光伏并网发电系统，不管是三相还是单相，光伏阵列的稳定工作点都在包括最大功率点在内的右侧区域，最大功率点左侧区域为非稳定工作区；在非稳定区域时通过减小并网逆变器输出功率改变光伏阵列输出电压的运动轨迹，从而使其进入稳定工作区。

其中的步骤3对多级式光伏并网发电系统进行最大功率点跟踪，具体按照以下步骤实施：

利用DC_DC变换器实现母线稳压控制，选用Boost电路，采用母线电压外环加电感电流内环控制，外环采用PI控制器，内环采用P控制器，利用并网逆变器实现最大功率点跟踪，在光伏阵列电压稳定工作时以一定步长给并网功率值施加一个正扰动信号，若光伏阵列电压下降速率逐渐减小并再次趋于稳定，则证明光伏阵列输出电压位于最大输出功率点电压右侧，此时继续给并网功率施加正扰动；若阵列电压下降速率逐渐增大，电压值无法稳定，则证明光伏阵列工作点在最大功率点左侧，此时对并网功率施加负扰动，使光伏阵列工作电压恢复至最大功率点电压右侧，稳定后继续以一定步长给并网功率施加正扰动使光伏阵列工作电压点趋于最大功率点电压；在光伏阵列输出电压变化过程中，不对并网功率进行改变。

本发明的有益效果是，该方法虽然不具有动态跟踪性能，但其稳态条件下能够快速准确地实现最大功率点跟踪，仅需对阵列输出电压进行采样与观测，其实现成本低，算法简单可靠，且能有效避免母线电压崩溃现象；而且该算法不受光照强弱的影响，可以实现全功率段的有效稳态跟踪，所以该方法适用于光照较弱以及光照相对较稳定的场合；另外该算法不会受到采样量化误差的影响，且控制量精度越高，给定步进功率增量越小，越能准确跟踪光伏阵列的最大输出功率点，还可根据系统输出功率值采用变步长法实现稳态条件下的快速跟踪。

附图说明

图1是多级式光伏并网发电系统的示意图；

图2是多级式光伏发电系统基于后级并网逆变器的MPPT控制框图，(a)为前级实现母线控制的框图，(b)为后级实现MPPT和并网电流控制的框图；

图3是多级式光伏发电系统基于前级DC_DC变换器的MPPT控制框图，(a)为前级实现MPPT控制的框图，(b)为后级实现母线稳压控制和并网电流控制的框图；

图4是多级式光伏并网发电系统的等效模型；

图5是基于功率扰动的最大功率点跟踪算法的流程图，其中(a)为母线稳压控制流程图，(b)为最大功率点跟踪算法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

多级式光伏并网发电系统一般由前级DC/DC变换器和后级DC/AC并网逆变器两部分组成，如图1，通常DC_DC变换器都具有升压功能，所以以BOOST为例说明。对于这种系统来说，一般有两种控制方法：基于后级并网逆变器的MPPT控制和基于前级DC/DC变换器的MPPT控制。图2、图3分别给出了这两种控制方法的控制框图，其中θ为锁相环输出的相角，ω为电网频率。基于后级并网逆变器的MPPT控制和利用前级Boost变换器实现直流母线的稳压控制，其中Boost变换器采用电压外环加电感电流内环控制，保证稳压控制可以取得较快的动态响应，因而可以获得较好的直流母线稳压性能，其稳压控制框图如图2(a)所示，其中H₁(s)是控制信号到电感电流的传递函数，H₂(s)是电感电流到直流母线电压的传递函数。后级逆变器实现MPPT功能和并网控制，通过对逆变器输出电流幅值的调节跟踪最大功率点，逆变器控制框图如图2(b)所示，其中H₃(s)是并网逆变器控制模型。

基于前级DC/DC变换器的MPPT控制如图3所示。图3(a)表示前级Boost变换器实现MPPT功能，图3(b)表示后级逆变器实现直流母线的稳压控制和并网电流控制，其中H₄(s)是MPPT的指令信号到DC-DC变换器输出的传递函数，H₃(s)是并网逆变器控制模型。由于光伏阵列的最大功率点跟踪是由Boost变换器完成，并且直流母线电容对输入逆变器的电压有缓冲作用，前级和后级电路之间基本不存在控制上的耦合问题，因此可以取得较好的控制性能。但是这种控制方案存在直流母线电压波动。本发明采用的是基于后级DC/AC并网逆变器的MPPT控制策略。

本发明的具体实施步骤是：

步骤1：对光伏阵列电压、直流母线电压、并网电流和电网电压进行采样；

步骤2：对多级式光伏发电系统进行建模，并分析得出系统的稳定性工作条件，具体步骤如下：

在多级式光伏并网发电系统中，前后级功率变换电路通过直流母线连接，直流母线电容起到滤波和储能的作用，在控制中必须对直流母线进行稳压控制，保证母线电压能够满足并网要求，所以直流母线相当于一个受控的直流电压源。而对于后级逆变部分而言，通过控制并网电流的幅值大小来调节光伏阵列的工作点，而电网电压通常是稳定的，所以并网电流与逆变器输出的功率是成正比的，所以可以将多级式光伏并网发电系统等效为图4所示的模型，其中可控直流电压源代表直流母线，控制其电压为母线电压给定V_dcref，而通常DC_DC变换器起到升压的作用，所以将其等效为理想的直流变压器，变压器变比满足由于V_PV随着光伏阵列的工作点而改变，所以变压器为可调变比的，而将逆变并网部分直接等效为电流源。忽略防反充二极管的压降，电容C两端的电压与光伏阵列电压相等，以i_pv、i_c、i分别表示光伏阵列输出瞬时电流、直流滤波电容瞬时充电电流以及滤波电容后面部分电路的瞬时电流，V_PV表示光伏阵列输出瞬时电压，P_ref为给定瞬时并网功率，忽略并网无功功率的影响，以P₁和P₂分别表示变压器原边和副边的功率，P₁与P₂相等，P_dc表示直流母线的功率流动量，则存在：

$i_{\mathrm{pv}}=i_c+i=C\frac{{\mathrm{dv}}_{\mathrm{pv}}}{\mathrm{dt}}+\frac{P_1}{v_{\mathrm{pv}}}---\left(1\right)$

$\underset{t}{\overset{t+T}{\∫}}{P}_{\mathrm{ref}}=\underset{t}{\overset{t+T}{\∫}}(P_2+P_{\mathrm{dc}})=P_{2}T+\frac{1}{2}{C}_{\mathrm{dc}}\mathrm{\Δ}{V_{\mathrm{dc}}}^2---\left(2\right)$

其中，T为并网周期，ΔV_dc为一个并网周期内母线电压的变化量，C_dc为母线电容，而母线电压经过控制以后波动非常小，可以忽略，所以可以得出

P_ref＝P₂＝P₁                (3)

$i_{\mathrm{pv}}=i_c+i=C\frac{{\mathrm{dv}}_{\mathrm{pv}}}{\mathrm{dt}}+\frac{p_{\mathrm{ref}}}{v_{\mathrm{pv}}}---\left(4\right)$

结合光伏电池组件的工程数学模型(I_z＝f(I_ph,V)＝I_ph-ε[exp(ξV_z)-1])与式(4)可以得到如式(5)表示的光伏发电系统动态模型。式中，

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{v}}_{\mathrm{pv}}=\frac{I_{\mathrm{ph}}}{C}-\frac{\mathrm{\ϵ}}{C}[\exp \left({\mathrm{\ξv}}_{\mathrm{pv}}\right)-1]-\frac{p_{\mathrm{ref}}}{{\mathrm{Cv}}_{\mathrm{pv}}}\\ v_{\mathrm{pv}}=v_{\mathrm{pv}}\left(0\right)+{\stackrel{\·}{v}}_{\mathrm{pv}}\end{array}\right.---\left(5\right)$

其中，I_z为光伏组件输出电流，I_ph为电池组件的等效光生电流，V_z为光伏组件输出电压，ε＝n_pI₀(n_p为并联电池单元数目，I₀为光伏电池内部等效二极管的P-N结反向饱和电流)，(q为电子电荷量，n_c为二极管特性因子，k_c为波尔兹曼常数，T为光伏电池绝对温度，n_s为串联电池单元数目)。

对于单相系统，P_ref中含有交流成分，理想情况下可以描述为：

$P_{\mathrm{ref}}=\stackrel{\‾}{P}+\stackrel{\‾}{P}\cos 2{\mathrm{\ω}}_{g}t---\left(6\right)$

其中，为平均输出功率，ω_g为电网频率。

对于三相系统，理想情况下P_ref中仅含有直流成分，用式(7)表示。

$P_{\mathrm{ref}}=\stackrel{\‾}{P}---\left(7\right)$

直流滤波电容中储存一定的能量，且存在：

P_pv＝P_ref+i_cv_pv                (8)

由以上对多级式光伏发电并网系统的建模，可以定性分析得出稳定性规律：在光伏阵列P-V曲线最大功率点左侧，如果对给定功率P_ref一个正扰动，则光伏阵列电压v_pv下降，光伏阵列输出功率P_pv下降，如果连续施加正扰动，则阵列电压会持续向左移动导致系统崩溃；如果对给定功率P_ref一个负扰动，则光伏阵列的电压v_pv上升，光伏阵列输出功率P_pv上升，如果持续施加负扰动，则阵列电压会持续向右移动直到进入最大功率点右侧区域；在最大功率点右侧，对给定功率P_ref一个正扰动，则光伏阵列电压V_PV下降，光伏阵列输出功率P_pv上升，连续施加正扰动会使阵列电压持续向左运动，输出功率不断上升，直至越过最大功率点进入左侧区域。所以对于多级式光伏发电系统，不管是三相还是单相，光伏阵列的稳定工作点都在包括最大功率点在内的右侧区域，最大功率点左侧区域为非稳定工作区。在非稳定区域时可以通过减小并网逆变器输出功率改变光伏阵列输出电压的运动轨迹，从而使其进入稳定工作区。

步骤3：提出适用于多级式光伏并网发电系统的最大功率点跟踪方法，具体如下：

利用DC_DC变换器实现母线稳压控制，以Boost控制为例，利用后级DC-AC逆变器实现最大功率点跟踪和并网控制，最大功率点跟踪的思路为：在光伏阵列电压稳定工作时以一定步长给并网功率值施加一个正扰动信号，若光伏阵列电压下降速率逐渐减小并再次趋于稳定，则证明光伏阵列输出电压位于最大输出功率点电压右侧，此时可继续给并网功率施加正扰动；若阵列电压下降速率逐渐增大，电压值无法稳定，则证明光伏阵列工作点在最大功率点左侧，此时应对并网功率施加负扰动，使光伏阵列工作电压恢复至最大功率点电压右侧，稳定后继续以一定步长给并网功率施加正扰动使光伏阵列工作电压点趋于最大功率点电压。在光伏阵列输出电压变化过程中，可不对并网功率进行改变。将该方法应用在多级式光伏发电系统中，在图2(b)控制框图中，MPPT控制器输入只需要V_PV，I_PV可省掉。

图1是本发明基于的单相光伏并网发电系统，具体控制方法描述为：利用DC_DC变换器实现母线稳压控制，以Boost控制为例，采用母线V_dc电压外环加电感电流内环控制，外环采用PI控制器，比例积分(PI)调节兼顾了快速响应和消除静差两方面的要求，内环采用P控制器，以保证母线稳压的快速性。程序流程图如图5(a)，给定直流母线电压V_dcref与实际的直流母线电压V_dc作差得到电压外环的误差信号E_v，电压误差信号E_v经过PI调节得到电感电流的给定值I_Lref，电流给定值I_Lref与实际电流I_L作差得到电流内环的误差信号E_i，电流内环的误差信号E_i再进过P调节后作为发生PWM信号的比较值。其中，k_vp、k_vi是电压外环PI控制的比例系数和积分系数，k_ip是电感电流内环P控制的比例系数。

最大功率点跟踪采用功率扰动的方法，图5(b)是功率扰动法实现最大功率点跟踪的软件流程图。图5(b)中，以并网参考电流幅值信号I_ref代替光伏阵列输出功率，首先对光伏阵列电压进行采样，采样结果存放在变量V_PV中，进而计算当前给定电压信号V_PVref与V_PV的差值Err_v。若V_PV值连续多次与其前一次的值V_{PV_1}相等(例如计数器counter1≥5)，则认为光伏阵列输出电压稳定，此时可对功率值施加正扰动，将V_PV的值赋予给定电压信号V_PVref，然后根据前一次给定输出电流的扰动增量ΔI与Err_v的比值大小确定新的给定并网电流幅值增量ΔI的大小，然后计算并网电流幅值给定I_ref。当V_PV值小于V_{PV_1}值时，说明阵列电压正在下降，若阵列电压连续下降无法稳定时(例如计数器counter2≥10)，则可以判断此时光伏阵列工作在非稳定工作区域，为了遏制光伏阵列电压下降趋势，是其尽可能快的回归到稳定工作区域，此时使并网电流幅值减去一个允许的最大负扰动增量，当光伏阵列输出电压稳定后，可再次对并网逆变器输出功率值施加正扰动，重复进行阵列电压的观测与处理。当V_PV值大于V_{PV_1}值时，说明在并网逆变器输出功率一定的情况下，阵列输出电压正在上升的过程中，此时阵列电压以稳定轨迹运行，其最终会收敛于稳定点，所以在阵列输出电压上升阶段不扰动并网输出功率，待其稳定工作后，再逐渐对并网逆变器输出功率施加扰动，最终实现最大功率点跟踪功能。

本发明虽然不具有动态跟踪性能，但其稳态条件下能够快速准确地实现最大功率点跟踪，仅需对阵列输出电压进行采样与观测，其实现成本低，算法简单可靠，且能有效避免母线电压崩溃现象，另外该算法不受光照强弱的影响，可以实现全功率段的有效稳态跟踪，所以该方法适用于光照较弱以及光照相对较稳定的场合。

Claims (1)

1.应用于多级式光伏并网发电系统的最大功率点跟踪方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1：对光伏阵列电压、直流母线电压、并网电流和电网电压进行采样；

步骤2：对多级式光伏并网发电系统进行建模，并分析得出系统的稳定性工作条件；具体按照以下步骤实施：

用可控直流电压源代表直流母线，控制其电压为母线电压给定V_dcref，将DC_DC变换器等效为理想的直流变压器，变压器变比满足由于v_pv随着光伏阵列的工作点而改变，所以变压器为可调变比的，将逆变并网部分直接等效为电流源；忽略防反充二极管的压降，电容C两端的电压与光伏阵列电压相等，以i_pv、i_c、i分别表示光伏阵列输出瞬时电流、直流滤波电容瞬时充电电流以及滤波电容后面部分电路的瞬时电流，v_pv表示光伏阵列输出瞬时电压，P_ref为给定瞬时并网功率，忽略并网无功功率的影响，以P₁和P₂分别表示变压器原边和副边的功率，P₁与P₂相等，P_dc表示直流母线的功率流动量，则：

$i_{\mathrm{pv}}=i_c+i=C\frac{{\mathrm{dv}}_{\mathrm{pv}}}{\mathrm{dt}}+\frac{P_1}{v_{\mathrm{pv}}},$

$\underset{t}{\overset{t+T}{\∫}}{P}_{\mathrm{ref}}=\underset{t}{\overset{t+T}{\∫}}(P_2+P_{\mathrm{dc}})=P_{2}T+\frac{1}{2}{C}_{\mathrm{dc}}{{\mathrm{\ΔV}}_{\mathrm{dc}}}^2,$

其中，T为并网周期，ΔV_dc为一个并网周期内母线电压的变化量，C_dc为母线电容，而母线电压经过控制以后波动非常小，可以忽略，得出：

P_ref＝P₂＝P₁，

$i_{\mathrm{pv}}=i_c+i=C\frac{{\mathrm{dv}}_{\mathrm{pv}}}{\mathrm{dt}}+\frac{P_1}{v_{\mathrm{pv}}},$

结合光伏电池组件的工程数学模型I_z＝f(I_ph,V)＝I_ph-ε[exp(ξV_z)-1]与上式可以得到如下式表示的光伏并网发电系统动态模型，式中，

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{v}}_{\mathrm{pv}}=\frac{I_{\mathrm{ph}}}{C}-\frac{\mathrm{\ϵ}}{C}[\exp \left({\mathrm{\ξv}}_{\mathrm{pv}}\right)-1]-\frac{p_{\mathrm{ref}}}{{\mathrm{Cv}}_{\mathrm{pv}}}\\ v_{\mathrm{pv}}=v_{\mathrm{pv}}\left(0\right)+{\stackrel{\·}{v}}_{\mathrm{pv}}\end{array}\right.,$

其中，I_z为光伏组件输出电流，I_ph为电池组件的等效光生电流，V_z为光伏组件输出电压，ε＝n_pI₀，n_p为并联电池单元数目，I₀为光伏电池内部等效二极管的P-N结反向饱和电流，q为电子电荷量，n_c为二极管特性因子，k_c为波尔兹曼常数，T为光伏电池绝对温度，n_s为串联电池单元数目；

对于单相系统，P_ref中含有交流成分，描述为：

$P_{\mathrm{ref}}=\stackrel{\‾}{P}+\stackrel{\‾}{P}\cos 2{\mathrm{\ω}}_{g}t,$

其中，为平均输出功率，ω_g为电网频率；

对于三相系统，P_ref中仅含有直流成分，用下式表示：

$P_{\mathrm{ref}}=\stackrel{\‾}{P},$

直流滤波电容中储存一定的能量，且存在：

P_pv＝P_ref+i_cv_pv，

由以上对多级式光伏并网发电系统的建模，定性分析得出稳定性规律：在光伏阵列P-V曲线最大功率点左侧，如果对给定功率P_ref一个正扰动，则光伏阵列电压v_pv下降，光伏阵列输出功率P_pv下降，如果连续施加正扰动，则阵列电压会持续向左移动导致系统崩溃；如果对给定功率P_ref一个负扰动，则光伏阵列的电压v_pv上升，光伏阵列输出功率P_pv上升，如果持续施加负扰动，则阵列电压会持续向右移动直到进入最大功率点右侧区域；在最大功率点右侧，对给定功率P_ref一个正扰动，则光伏阵列电压v_pv下降，光伏阵列输出功率P_pv上升，连续施加正扰动会使阵列电压持续向左运动，输出功率不断上升，直至越过最大功率点进入左侧区域；所以对于多级式光伏并网发电系统，不管是三相还是单相，光伏阵列的稳定工作点都在包括最大功率点在内的右侧区域，最大功率点左侧区域为非稳定工作区；在非稳定区域时通过减小并网逆变器输出功率改变光伏阵列输出电压的运动轨迹，从而使其进入稳定工作区；

步骤3：对多级式光伏并网发电系统进行最大功率点跟踪；

具体按照以下步骤实施：

利用DC_DC变换器实现母线稳压控制，选用Boost电路，采用母线电压外环加电感电流内环控制，外环采用PI控制器，内环采用P控制器，利用并网逆变器实现最大功率点跟踪，在光伏阵列电压稳定工作时以一定步长给并网功率值施加一个正扰动信号，若光伏阵列电压下降速率逐渐减小并再次趋于稳定，则证明光伏阵列输出电压位于最大输出功率点电压右侧，此时继续给并网功率施加正扰动；若阵列电压下降速率逐渐增大，电压值无法稳定，则证明光伏阵列工作点在最大功率点左侧，此时对并网功率施加负扰动，使光伏阵列工作电压恢复至最大功率点电压右侧，稳定后继续以一定步长给并网功率施加正扰动使光伏阵列工作电压点趋于最大功率点电压；在光伏阵列输出电压变化过程中，不对并网功率进行改变。