光伏控制器的

PWM 控制方法

在远离电网的偏远地区，太阳能的发电利用光伏控制器、蓄电池组、光伏电池板组成

独立光伏发电站，其中光伏控制器是整个电站的核心。光伏控制器的拓扑结构通常有
DC/DC 型和直通型两大类[1]，DC/DC 型又可细分为 MPPT 型[2]和谐振型等多种，但
DC/DC 型控制器由于有大的感性元件的存在，在大电流应用时，其体积、重量和热量都
会急剧增加，限制了其在大功率领域的实际应用；而直通型控制器在大功率领域则相对
具有优势，即使光伏电流达到几百安培，其体积、重量和热量相对都不会太大，因此直
通型控制器在移动通信基站、边防哨卡等大功率领域得到了广泛的应用。但直通型控制器
仍然存在着一些缺陷，以下对其优缺点进行分析。

　　

1 现有控制方式的不足

    现有的直通型光伏控制器对蓄电池充放电的控制通常采用 3 类充放电控制模式。(1)逐
级投入式系统

[3]，即将光伏电池分成 N 个独立的光伏子阵列，定义 N 个蓄电池电压控

制点

Vi(i=1，2，…N；Vi<Vi+1)，当蓄电池电压大于 Vi 时，第 i 个光伏子阵列关断，反

之则导通。这样就形成了随着蓄电池电压的增加，充电电流阶梯式逐级减少；反之则逐
级增大。优点：这种充电控制方式基本满足了蓄电池的充电需要，控制逻辑简单、易于实
现，电子功率开关器件的开关能量损失很小；缺点：控制精度不高，电压波动范围大，
一些先进的自动控制算法无法实现。

(2)在此基础上增加了时间因素的改良型控制方式，

将蓄电池电压控制点设置为

1 个控制点 Vs。当蓄电池电压大于 Vs 时，第 i 个光伏子阵列

关断，延时

1 个固定时间后，如果蓄电池电压仍然大于 Vs，再关断第 i+1 个光伏子阵列，

依次类推，直到第

N 个光伏子阵列关断；反之则导通，导通过程同样有上述延时。优点：

这种充电控制方式减少了蓄电池电压的变化范围，兼有前一种充电控制方式的优点；缺
点：容易导致控制器的震荡，尤其是延迟时间的选择，要随着太阳能电池、蓄电池容量
和负载的配置变化而变化，否则会导致失控，严重者会导致蓄电池过充或过放而报废。
(3)脉宽调制式系统(全控型的 PWM 控制方式)，即光伏电池不分子阵列，将全部光伏子
阵列并联后形成

1 个总的光伏电池阵列，再以大功率电子开关做全通全断型 PWM 控制，

此法可将蓄电池电压精确控制在

1 个电压点。优点：电压控制精度高，可采用各种先进

的自动控制算法；缺点：功率电子开关器件的开关功率损耗较大，在相同的电压等级下，
对功率电子开关器件的电流等级要求很高，对器件要求苛刻，对于大功率光伏控制器，
散热片体积较大。

2 精粗调组合 PWM 新控制方法

    针对上述 3 种方案的缺点，本文提出了一种精粗调组合 PWM 控制的新控制方法。仍
然将光伏电池分成

N 个独立的相同配置的光伏子阵列(i=1，2，…N)，但是只有第 1 个

光伏子阵列

(i=1)采用 PWM 控制，其余的光伏子阵列(i=2，3，…N)仍然采用普通的开关

控制，控制方式为：假设

N 个光伏子阵列全部导通时的总光伏电流为 I，则每个光伏子

阵列单独导通时的光伏电流为

I/N，如果第 1 个光伏子阵列的 PWM 控制占空比变化范