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摘要：针对太阳能发电的间歇性和不稳定性问题，本文设计了一种三端口网络能源管理系统，结合光伏发电、电池储能与单相逆变技术，实现高效能源管理与稳定供电。系统基于四开关Buck-Boost模块实现最大功率点跟踪（MPPT）与电压调节，并通过单相全桥逆变电路输出高质量交流电。实验表明，系统在光照强度变化（20V～60V输入）时，可稳定输出30V直流电压，并通过闭环控制实现恒压或恒流模式切换，逆变输出工频50Hz正弦波，谐波含量低，验证了系统的可行性与高效性。关键词：可再生能源；光伏发电；隔离三端口变换器；线性自抗扰。

0绪论

随着全球能源需求增长与环保意识增强，太阳能作为清洁可再生能源备受关注。然而，其发电效率受光照、温度等因素影响显著，且存在间歇性与不稳定性问题。现有解决方案多依赖电池储能与逆变技术，但传统Buck-Boost电路效率低、可靠性不足，难以满足高负荷与高温环境需求。本文提出一种三端口网络能源管理系统，集成光伏模块、四开关Buck-Boost模块、电池储能模块及单相逆变模块，通过MPPT技术优化能量捕获，结合闭环控制实现稳定输出，为太阳能高效利用提供技术支撑。

1系统设计

系统由光伏模块、四开关Buck-Boost模块、电池储能模块、单相逆变模块及控制单元组成（如图1）。光伏模块通过MPPT技术提取最大功率，Buck-Boost模块实现电压升降与稳定，电池储能模块平衡能量供需，逆变模块输出工频交流电。各模块通过STM32F407ZGT6微控制器协同控制，确保系统高效运行。

2 四开关Buck-Boost模块设计

为适应高负荷与高温环境，采用四开关Buck-Boost拓扑，搭配IR2110驱动芯片与IRF3710 MOSFET。相较传统两开关拓扑，四开关结构通过分时控制输入/输出电流路径，减少开关损耗，效率提升8%。

设计合理的最大功率点跟踪算法对于太阳能的高效利用具有重要的意义[2]。通过扰动观察法动态调节占空比，使光伏板工作于最大功率点，满足输出电压等于1/2电动势优化条件。实现MPPT，设计DC/DC变换器，充电过程分为恒压或恒流两个阶段，恒流阶段设计充电电流6A，充电电压达到40V时切换为恒压模式；恒压充电阶段设计充电电压40V，充电电流接近于0时停止充电。通过检测蓄电池两端电压切换恒压或恒流控制模式，完成充电模式切换，同时在耦合机构发生偏移稳定系统的恒压或恒流输出。

3单相全桥逆变与滤波设计

逆变模块采用STM32F407ZGT6生成SPWM波，经IRS2110S驱动MOSFET全桥（图2），输出经LC滤波器（L=2mHL=2mH， C=10μFC=10μF）滤除100kHz谐波，生成50Hz正弦电压。为抑制开关尖峰，设计TVS-快恢复二极管钳位电路，使输出电压THD<2%。

4滤波设计

系统包含 LC 滤波器和谐振频率fs介于基波频率（50Hz）与开关频率（100kHz）之间的滤波器，能将谐波抑制至 5% 以下；同时配备由瞬态电压抑制器（TVS）与快速二极管组合而成的钳位电路，用于限制 MOSFET 关断尖峰电压，保护器件安全 。

5实验验证

为了验证本文提出三端口网络能源管理系统的有效性和可行性，本文对所提出的电路模型和控制方案搭建实验系统样机进行验证。实验平台如图2所示。

4 结论

实验搭建了如图 2 所示的样机，经测试，当输入电压处于 20V - 60V 的宽范围时，Buck - Boost 模块能稳定输出 30V，效率高达 92%。单相逆变输出的 50Hz 正弦波总谐波畸变率（THD）小于 3%，完全满足并网要求。在光照突变时，MPPT 响应时间小于 50ms，且模式切换无瞬态冲击。本文所设计的三端口网络能源管理系统，借助四开关 Buck - Boost 模块和 MPPT 技术，实现了能量捕获的优化，并通过单相逆变模块达成高效电能转换。实验充分验证了该系统在宽输入范围内的稳定性与可靠性，输出电能质量达标，为分布式光伏应用提供了切实有效的解决方案，具有广阔的应用前景。

参考文献

[1]丁明，王伟胜，王秀丽，等.大规模光伏发电对电力系统影响综述[J].中国电机工程学报，2014，34（01）：1-14.

[2]许桂敏，解皓月，张子泉，等.基于Simulink的光伏电池特性及MPPT算法仿真研究[J].智能建筑电气技术，2024，18（06）：36-39+60.