本實用新型涉及一種光伏控制系統(tǒng)，特別涉及一種光伏串優(yōu)化系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在光伏發(fā)電應(yīng)用中存在多個層面的功率失配現(xiàn)象，首先光伏電池板本身存在一定的容差，導(dǎo)致每塊光伏板輸出最大功率的穩(wěn)態(tài)運行點有差別；當(dāng)多個光伏電池連接成串輸出給光伏逆變器供電時，由于參數(shù)匹配、光照不均、陰影遮蔽等情況綜合作用，導(dǎo)致功率失配現(xiàn)象更加嚴(yán)重，光伏的利用率進(jìn)一步下降。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種光伏組件串功率優(yōu)化系統(tǒng)，消除失配現(xiàn)象，提高太陽能的利用率。

本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的：一種光伏組件串功率優(yōu)化系統(tǒng)，包括控制系統(tǒng)和主電路，所述主電路由多組結(jié)構(gòu)相同的優(yōu)化組件組成，所述優(yōu)化組件包括：

主功率模塊，用以輸入匹配光伏組件的能量給從功率模塊，平衡從功率模塊輸出的能量；

從功率模塊，根據(jù)光伏組件發(fā)出的電壓電流控制其自身的輸出電壓，以保持光伏組件發(fā)出當(dāng)前最大穩(wěn)態(tài)功率；

光伏組件，由多個光伏板串聯(lián)而成，形成光伏串；

主功率模塊的輸入連接在逆變器輸入母線和地之間；主功率模塊的輸出端與從功率模塊的輸入端相連；從功率模塊管理光伏組件，每個從功率模塊的輸出端連接在光伏組件的正輸出端和逆變器母線之間；

所述控制系統(tǒng)控制主功率模塊輸出低壓直流電壓，保持輸出功率平衡；所述控制系統(tǒng)控制從功率模塊根據(jù)逆變器直流母線電壓和計算出的光伏組件最大功率點電壓實時調(diào)整其輸出電壓值，保持每個光伏串處于系統(tǒng)約束及環(huán)境約束下的最大功率輸出點。

作為本實用新型的進(jìn)一步限定，所述主功率模塊為隔離型雙向直流到直流變換器，輸入為逆變器直流母線電壓，輸出為低壓直流電；其主電路包括第一功率IGBT開關(guān)管Q1、第二功率IGBT開關(guān)管Q2、第三功率IGBT開關(guān)管Q3、第四功率IGBT開關(guān)管Q4、電力變壓器T、第五功率MOS管Q5、第六功率MOS管Q6、第七功率MOS管Q7、第八功率MOS管Q8以及第一母線電容C1；第一功率IGBT開關(guān)管Q1的集電極、第三功率IGBT開關(guān)管Q3的集電極與逆變器輸入母線相連，第一功率IGBT開關(guān)管的源極與第二功率IGBT開關(guān)管Q2的集電極相連，第三功率IGBT開關(guān)管Q3的源極與第四功率IGBT開關(guān)管Q4的集電極相連，第二功率IGBT開關(guān)管Q2的源極、第四功率IGBT開關(guān)管Q4的源極接地，電力變壓器T原邊一端接第一功率IGBT管Q1與第二功率IGBT管Q2之間的電極點A，另一端接第三功率IGBT管Q3與第四功率IGBT管Q4之間的電極點B，電力變壓器T副邊的一端與電極點C相連接，另一端與電極點D相連接，電極點C位于第五功率MOS管Q5源極與第六功率MOS管Q6漏極之間，電極點D位于第七功率MOS管Q7源極與第八功率MOS管Q8漏極之間，第五功率MOS開關(guān)管Q5的漏極、第七功率MOS開關(guān)管Q7的漏極與輸出母線正極BUSP相連，第五功率MOS開關(guān)管Q5的源極與第六功率MOS開關(guān)管Q6的漏極相連，第七功率MOS開關(guān)管Q7的源極與第八功率MOS開關(guān)管Q8的漏極相連，第六功率MOS開關(guān)管Q6的源極、第八功率MOS開關(guān)管Q8的源極與輸出母線負(fù)極BUSN連接，第一母線電容C1跨接在輸出母線正極BUSP與輸出母線負(fù)極BUSN兩端。

作為本實用新型的進(jìn)一步限定，所述從功率模塊的主電路包括第一電感LM1、第九功率MOS管Q9、第二電感LM2、第三電容C3、第十功率MOS管Q10、第二電容C2；第九功率MOS管Q9的漏極接母線正極BUSP，第九功率MOS管Q9的源極與第三電容C3的一端相連接，第三電容C3的另一端與第十功率MOS管Q10的漏極相連接，第二功率MOS管的源極接母線負(fù)極BUSN相連接，第一電感LM1的一端接母線正極BUSP，第一電感LM1的另一端與第十功率MOS管Q10的漏極相連接，第二電感LM2的一端與第九功率MOS管Q9的源極相連接，第二電感LM2的另一端接逆變器輸入母線，母線負(fù)極BUSN與光伏組件的輸出端相連，第二電容C2的一端接逆變器輸入母線，第二電容C2的另一端接母線負(fù)極BUSN。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果在于：利用高頻電力變換技術(shù)將一個正負(fù)連續(xù)可控電壓源插入到光伏組件中，使得每組并聯(lián)發(fā)電的光伏組件都能工作于最大輸出功率點；由于插入的可控電壓源電壓低，所以主從功率模塊的處理的電功率也低，即實用新型中提出的優(yōu)化系統(tǒng)相對于現(xiàn)有方案損耗非常小。本實用新型可用于光伏發(fā)電中。

附圖說明

圖1為本實用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實用新型中主功率模塊電路圖。

圖3為本實用新型中從功率模塊電路圖。

圖4為本實用新型中主功率模塊控制原理圖。

圖5為本實用新型中從功率模塊控制原理圖。

具體實施方式

如圖1-3所示的一種光伏組件串功率優(yōu)化系統(tǒng)，包括控制系統(tǒng)和主電路，所述主電路由多組結(jié)構(gòu)相同的優(yōu)化組件組成，所述優(yōu)化組件包括：

主功率模塊PM，用以輸入匹配光伏組件的能量給從功率模塊SM，平衡從功率模塊SM輸出的能量，所述主功率模塊PM為隔離型雙向直流到直流變換器，輸入為逆變器直流母線電壓，輸出為低壓直流電；其主電路包括第一功率IGBT開關(guān)管Q1、第二功率IGBT開關(guān)管Q2、第三功率IGBT開關(guān)管Q3、第四功率IGBT開關(guān)管Q4、電力變壓器T、第五功率MOS管Q5、第六功率MOS管Q6、第七功率MOS管Q7、第八功率MOS管Q8以及第一母線電容C1；第一功率IGBT開關(guān)管Q1的集電極、第三功率IGBT開關(guān)管Q3的集電極與逆變器輸入母線相連，第一功率IGBT開關(guān)管的源極與第二功率IGBT開關(guān)管Q2的集電極相連，第三功率IGBT開關(guān)管Q3的源極與第四功率IGBT開關(guān)管Q4的集電極相連，第二功率IGBT開關(guān)管Q2的源極、第四功率IGBT開關(guān)管Q4的源極接地，電力變壓器T原邊一端接第一功率IGBT管Q1與第二功率IGBT管Q2之間的電極點A，另一端接第三功率IGBT管Q3與第四功率IGBT管Q4之間的電極點B，電力變壓器T副邊的一端與電極點C相連接，另一端與電極點D相連接，電極點C位于第五功率MOS管Q5源極與第六功率MOS管Q6漏極之間，電極點D位于第七功率MOS管Q7源極與第八功率MOS管Q8漏極之間，第五功率MOS開關(guān)管Q5的漏極、第七功率MOS開關(guān)管Q7的漏極與輸出母線正極BUSP相連，第五功率MOS開關(guān)管Q5的源極與第六功率MOS開關(guān)管Q6的漏極相連，第七功率MOS開關(guān)管Q7的源極與第八功率MOS開關(guān)管Q8的漏極相連，第六功率MOS開關(guān)管Q6的源極、第八功率MOS開關(guān)管Q8的源極與輸出母線負(fù)極BUSN連接，第一母線電容C1跨接在輸出母線正極BUSP與輸出母線負(fù)極BUSN兩端；

從功率模塊SM，根據(jù)光伏組件發(fā)出的電壓電流控制其自身的輸出電壓，以保持光伏組件發(fā)出當(dāng)前最大穩(wěn)態(tài)功率，所述從功率模塊SM的主電路包括第一電感LM1、第九功率MOS管Q9、第二電感LM2、第三電容C3、第十功率MOS管Q10、第二電容C2；第九功率MOS管Q9的漏極接母線正極BUSP，第九功率MOS管Q9的源極與第三電容C3的一端相連接，第三電容C3的另一端與第十功率MOS管Q10的漏極相連接，第二功率MOS管的源極接母線負(fù)極BUSN相連接，第一電感LM1的一端接母線正極BUSP，第一電感LM1的另一端與第十功率MOS管Q10的漏極相連接，第二電感LM2的一端與第九功率MOS管Q9的源極相連接，第二電感LM2的另一端接逆變器輸入母線，母線負(fù)極BUSN與光伏組件的輸出端相連，第二電容C2的一端接逆變器輸入母線，第二電容C2的另一端接母線負(fù)極BUSN；

光伏組件，由多個光伏板串聯(lián)而成，形成光伏串PV；

主功率模塊PM的輸入連接在逆變器輸入母線P和地GND之間；主功率模塊PM的輸出端與從功率模塊SM的輸入端相連；主功率模塊PM輸出端母線正極為BUSP、母線負(fù)極為BUSN，從功率模塊SM管理光伏組件，每個從功率模塊SM的輸出端連接在光伏組件的正輸出端和逆變器母線之間，從功率模塊SM輸出端的一端StringP接逆變器輸入母線P，另一端StringN接光伏串PV輸出但；

所述控制系統(tǒng)控制主功率模塊PM輸出低壓直流電壓，保持輸出功率平衡；所述控制系統(tǒng)控制從功率模塊SM根據(jù)逆變器直流母線電壓和計算出的光伏組件最大功率點電壓實時調(diào)整其輸出電壓值，保持每個光伏串PV處于系統(tǒng)約束及環(huán)境約束下的最大功率輸出點。

本實用新型中控制系統(tǒng)在控制過程中主要實現(xiàn)兩個功能，1）控制主功率模塊PM輸出端BUSPi和BUSNi之間的能量平衡；2）根據(jù)每串光伏電池發(fā)出的電壓電流控制從功率模塊SM的輸出電壓，保持每串光伏電池發(fā)出當(dāng)前最大穩(wěn)態(tài)功率；上述兩項功能通過以下控制方法實現(xiàn)。

本實用新型工作時，如圖4-5所示，分別對主功率模塊PM和從功率模塊SM進(jìn)行控制；所述主功率模塊PM控制方法為：控制前調(diào)節(jié)第一功率IGBT開關(guān)管Q1和第四功率IGBT開關(guān)管Q4同邏輯，第一功率IGBT開關(guān)管Q1和第二功率IGBT開關(guān)管Q2邏輯互補(bǔ)，第三功率IGBT開關(guān)管Q3和第四功率IGBT開關(guān)管Q4邏輯互補(bǔ)，第五功率MOS管Q5和第八功率MOS管Q8同邏輯，第五功率MOS管Q5和第六功率MOS管Q6邏輯互補(bǔ)，第七功率MOS管Q7和第八功率MOS管Q8邏輯互補(bǔ)，第一功率IGBT開關(guān)管Q1和第五功率MOS管Q5直接存在相位差phase；控制時，將主模塊輸出電壓v_BUS采樣后和設(shè)定值V^*_BUS相比，進(jìn)行閉環(huán)控制，將匹配光伏串PV的能量抽出或送回逆變器直流母線，閉環(huán)控制過程中控制器輸出限幅在[-90，90]之間；

所述從功率模塊SM的控制方法為：控制前調(diào)節(jié)第九功率MOS管Q9與第十功率MOS管Q10邏輯互補(bǔ)，控制時，測量光伏串PV的電壓和電流，根據(jù)常規(guī)的最大功率點追蹤算法算出該光伏串PV應(yīng)運行的穩(wěn)態(tài)電壓點，再根據(jù)實時逆變器母線電壓V_P-GND算出插入的電壓，通過閉環(huán)控制利用電壓控制器算出第九功率MOS管Q9的占空比d，從而控制從功率模塊SM輸出電壓，即StringP和StringN之間的電壓。當(dāng)此電壓插入光伏組件和逆變器直流母線之間后，自然強(qiáng)制改變光伏組件的端電壓，可將光伏組件的工作點調(diào)整至最優(yōu)工作點，輸出當(dāng)前環(huán)境下的最大電功率。

本實用新型并不局限于上述實施例，在本實用新型公開的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)所公開的技術(shù)內(nèi)容，不需要創(chuàng)造性的勞動就可以對其中的一些技術(shù)特征作出一些替換和變形，這些替換和變形均在本實用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。