高效率的光伏發(fā)電系統(tǒng)以及發(fā)電方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽能利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高效率的光伏發(fā)電系統(tǒng)以及發(fā)電方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏電池通常需要將多個光伏組件串聯(lián)，以滿足用戶對電壓或功率的要求。如圖1所示，為典型的光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，多個光伏組件串聯(lián)后，接入DC-DC變換器，然后通過母線電容濾波、穩(wěn)壓后，接入逆變器，從而將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，饋入電網(wǎng)。
[0003]然而，當(dāng)光伏組件串聯(lián)連接時，光伏電池總輸出電流由電流輸出最小的光伏組件決定，而總輸出電壓為各光伏組件電壓之和；而由于各片光伏組件性能不可能絕對一致，并且，光伏組件在實(shí)際應(yīng)用中，還存在被周圍建筑物、樹木或電線桿等遮擋情況，因此，串聯(lián)后的光伏電池輸出總功率往往小于各個單體太陽能電池輸出功率之和，從而降低了光伏電池發(fā)電量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種高效率的光伏發(fā)電系統(tǒng)以及發(fā)電方法，可有效解決上述問題。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0006]本發(fā)明提供一種高效率的光伏發(fā)電系統(tǒng)，包括:光伏陣列、DC-DC變換器和逆變器;
[0007]所述光伏陣列由(m+n)個光伏組件串聯(lián)而成，其中，m、n均為自然數(shù)；將所述(m+n)個光伏組件依次記為:光伏組件1、光伏組件2...光伏組件η...光伏組件(m+n);將光伏組件1、光伏組件2…光伏組件η記為第I光伏組串；將光伏組件η+1、光伏組件η+2…光伏組件(m+n)記為第2光伏組串，將所述第I光伏組串和所述第2光伏組串的連接點(diǎn)記為連接點(diǎn)M3 ；
[0008]所述DC-DC變換器包含上橋電路、下橋電路，所述上橋電路輸入的正極形成所述DC-DC變換器輸入正極P1，所述上橋電路輸入的負(fù)極和所述下橋電路輸入的正極連接在一起，形成所述DC-DC變換器輸入中點(diǎn)M1，所述下橋電路輸入的負(fù)極形成所述DC-DC變換器輸入負(fù)極NI ;所述上橋電路輸出形成所述DC-DC變換器輸出正極P2，所述上橋電路輸出的負(fù)極和所述下橋電路輸出的正極連接在一起，形成所述DC-DC變換器輸出中點(diǎn)M2，所述下橋電路輸出的負(fù)極形成所述DC-DC變換器輸出負(fù)極N2 ；
[0009]所述第I光伏組串的正極與所述DC-DC變換器輸入正極Pl連接，所述第I光伏組串的負(fù)極與所述DC-DC變換器輸入中點(diǎn)Ml連接；所述第2光伏組串的正極與所述DC-DC變換器輸入中點(diǎn)Ml連接，所述第2光伏組串的負(fù)極與所述DC-DC變換器輸入負(fù)極NI連接；所述DC-DC變換器輸出與逆變器的輸入連接。
[0010]優(yōu)選的，所述第I光伏組串和所述第2光伏組串、以及所述DC-DC變換器構(gòu)成光伏直流變換系統(tǒng)，所述逆變器輸入與I個或多個所述光伏直流變換系統(tǒng)的輸出連接。
[0011]優(yōu)選的，所述第I光伏組串和所述第2光伏組串所包含的光伏組件的數(shù)量相同或不相同。
[0012]優(yōu)選的，所述上橋電路包含第I電感L1、第I有源開關(guān)SI，第I 二極管Dl和第I母線電容Cl ;第I電感LI 一端與所述DC-DC變換器正極Pl連接，另一端和第I有源開關(guān)SI的一端連接，第I有源開關(guān)SI的另一端和與所述DC-DC變換器的輸入中點(diǎn)Ml和輸出中點(diǎn)M2連接，第I 二極管Dl的陽極與第I電感LI和第I有源開關(guān)SI的公共點(diǎn)連接，另一端與所述DC-DC變換器的輸出正極P2連接，第I母線電容Cl 一端和輸出正極P2連接，另一端和輸出中點(diǎn)M2連接。
[0013]優(yōu)選的，所述下橋電路包含第2電感L2、第2有源開關(guān)S2、第2 二極管D2和第2母線電容C2 ;第2電感L2 —端與所述DC-DC變換器負(fù)極NI連接，另一端和第2有源開關(guān)S2的一端連接，第2有源開關(guān)S2的另一端和與所述DC-DC變換器的輸入中點(diǎn)Ml和輸出中點(diǎn)M2連接，第2 二極管D2的陰極與第2電感L2和第2有源開關(guān)S2的公共點(diǎn)連接，另一端與所述DC-DC變換器的輸出負(fù)極N2連接，第2母線電容C2 —端和輸出中點(diǎn)M2連接，另一端和輸出負(fù)極N2連接。
[0014]優(yōu)選的，還包括:MPPT控制器、驅(qū)動隔離電路、第I光伏組串輸出電壓采集電路、第2光伏組串輸出電壓采集電路、第I光伏組串輸出電流采集電路、第2光伏組串輸出電流采集電路、上橋電路輸出電壓采集電路和下橋電路輸出電壓采集電路；
[0015]所述第I光伏組串輸出電壓采集電路、所述第2光伏組串輸出電壓采集電路、所述第I光伏組串輸出電流采集電路、所述第2光伏組串輸出電流采集電路、所述上橋電路輸出電壓采集電路和所述下橋電路輸出電壓采集電路均反饋連接到所述MPPT控制器的輸入端，所述MPPT控制器的輸出端通過所述驅(qū)動隔離電路分別與所述上橋電路的功率控制端和所述下橋電路的功率控制端連接。
[0016]本發(fā)明還提供一種高效率的光伏發(fā)電方法，包括:
[0017]逆變器開機(jī)工作后，DC-DC變換器初始化，母線電壓初始值Vo穩(wěn)定在設(shè)定值Vset ；然后，MPPT控制器實(shí)時采集得到上橋電路輸出電壓Vol和下橋電路輸出電壓Vo2，并判斷上橋電路輸出電壓Vol和下橋電路輸出電壓Vo2的差值是否在設(shè)定值A(chǔ)V之內(nèi)；如果判斷結(jié)果為是，MPPT控制器工作于正常的MPPT狀態(tài)；否則，MPPT控制器根據(jù)內(nèi)部約束條件，控制DC-DC變換器從上橋電路和下橋電路中選擇一路橋電路進(jìn)行ΜΡΡΤ，另一路不再M(fèi)PPT ；如果后級逆變器調(diào)節(jié)上橋電路輸出電壓Vol和下橋電路輸出電壓Vo2，則Vol和Vo2由逆變器控制；如果后級逆變器不調(diào)節(jié)上橋電路輸出電壓Vol和下橋電路輸出電壓Vo2，則Vol和Vo2根據(jù)DC-DC變換器上橋電路和下橋電路各自的功率進(jìn)行分配。
[0018]本發(fā)明的擴(kuò)展技術(shù)方案如下:
[0019]本發(fā)明提供一種高效率的光伏發(fā)電系統(tǒng)，包括:光伏陣列、DC-DC變換器和逆變器;
[0020]所述光伏陣列由(a*b)個光伏組件串聯(lián)而成，其中，a、b均為自然數(shù)；將所述(a*b)個光伏組件依次記為:光伏組件1、光伏組件2...光伏組件(a*b);將光伏組件1、光伏組件2…光伏組件b記為第I光伏組串；將光伏組件b+Ι、光伏組件b+2...光伏組件(2*b)記為第2光伏組串，依次類推，總共有a個光伏組串；
[0021]所述DC-DC變換器包括a個MPPT功率變換單元；每個所述MPPT功率變換單元的輸入端與I個所述光伏組串連接；每個所述MPPT功率變換單元的輸出端與其它MPPT功率變換單元的輸出端采用首尾相連式的方式串聯(lián)；所述a個MPPT功率變換單元串聯(lián)后，新形成的輸出端與所述逆變器直流輸入端并聯(lián)連接；所述MPPT功率變換單元獨(dú)立跟蹤每個光伏組串的最大功率，實(shí)現(xiàn)整個組串的最大功率輸出。
[0022]本發(fā)明提供的高效率的光伏發(fā)電系統(tǒng)以及發(fā)電方法，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0023](I)將串聯(lián)的光伏組串分為多個子組串，一個DC-DC變換器的多組獨(dú)立控制電路可以對每個子組串進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤MPPT，因此，當(dāng)某個子組串的組件存在嚴(yán)重老化、污穢或陰影遮擋等問題，而導(dǎo)致該光伏組件輸出電流下降時，只有該子組串的輸出功率受影響，而其他子組串保持原有的輸出功率不變，從而有效減少了組件串聯(lián)時電流或功率失配的影響，有效提高整體組串的發(fā)電量；
[0024](2) DC-DC變換器由于采用上橋電路和下橋電路的連接方式，上橋電路和下橋電路可以選用耐壓較低的功率器件，提高效率。
[0025](3)通過一個DC-DC變換器的兩個控制電路獨(dú)立對兩個子組串進(jìn)行功率優(yōu)化，相對于一個DC-DC變換器對一個子組串進(jìn)行功率優(yōu)化，降低了變換器成本及組串與變換器之間電纜的成本，簡化了工程施工。
【附圖說明】
[0026]圖1為現(xiàn)有技術(shù)提供的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2為本發(fā)明實(shí)施案例提供的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在只有一個光伏陣列時的結(jié)構(gòu)原理示意圖；
[0028]圖3為本發(fā)明實(shí)施案例提供的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在具有多個光伏陣列時的結(jié)構(gòu)原理示意圖；
[0029]圖4為本發(fā)明實(shí)施案例提供的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的具體電路示意圖；
[0030]圖5為本發(fā)明實(shí)施案例提供的高效率的光伏發(fā)電方法的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]實(shí)施案例
[0032]本發(fā)明提供一種高效率的光伏發(fā)電系統(tǒng)，包括:光伏陣列、DC-DC變換器和逆變器;
[0033]光伏陣列由(m+n)個光伏組件串聯(lián)而成，其中，m、η均為自然數(shù)；將該(m+n)個光伏組件依次記為:光伏組件1、光伏組件2...光伏組件η...光伏組件(m+n);將光伏組件1、光伏組件2...光伏組件η記為第I光伏組串；將光伏組件η+1、光伏組件η+2...光伏組件(m+n)記為第2光伏組串，將第I光伏組串和所述第2光伏組串的連接點(diǎn)記為連接點(diǎn)M3 ;
[0034]DC-DC變換器包含上橋電路、下橋電路，上橋電路輸入的正極形成所述DC-DC變換器輸入正極P1，上橋電路輸入的負(fù)極和下橋電路輸入的正極連接在一起，形成DC-DC變換器輸入中點(diǎn)M1，下橋電路輸入的負(fù)極形成DC-DC變換器輸入負(fù)極NI ;上橋電路輸出形成DC-DC變換器輸出正極P2，上橋電路輸出的負(fù)極和下橋電路輸出的正極連接在一起，形成DC-DC變換器輸出中點(diǎn)M2，下橋電路輸出的負(fù)極形成DC-DC變換器輸出負(fù)極N2 ；
[0035]第I光伏組串的正極與DC-DC變換器輸入正極Pl連接，第I光伏組串的負(fù)極與所述DC-DC變換器輸入中點(diǎn)Ml連接；第2光伏組串的正極與所述DC-DC變換器輸入中點(diǎn)Ml連接，所述第2光伏組串的負(fù)極與所述DC-DC變換器輸入負(fù)極NI連接；DC-DC變換器輸出與逆變器的輸入連接；
[0036]因此，在本發(fā)明中，第I光伏組串與DC-DC變換器中上橋電路連接，則上橋電路電路可以單獨(dú)跟蹤第I光伏組串的最大功率；同理，第2光伏組串與DC-DC變換器中下橋電路連接，則下橋電路電路可以單獨(dú)跟蹤第2光伏組串的最大功率。因此，當(dāng)某個組串的組件存在嚴(yán)重老化、污穢或陰影遮擋等問題，而導(dǎo)致該光伏組件輸出電流下降時，只有該組串的輸出功率受影響，而另一個組串保持原有的輸出功率不變，從而有效減少了組件串聯(lián)時電流或功率失配的影響，有效提高整體組串的發(fā)電量。而且，DC-DC變換器由于采用上橋電路和下橋電路的連接方式，上橋電路和下橋電路可以選用耐壓較低的功率器件，提高效率。
[0037]基于上述思想，提出了圖2中的發(fā)明專利。
[0038]第I光伏組件組串、第2光伏組件組串、DC-DC變換器構(gòu)成光伏直流變換系統(tǒng)。實(shí)際上，逆變器輸入可以由多個類似的光伏直流變換系統(tǒng)的輸出連接，形成圖3中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
[0039]圖4為本發(fā)明中，DC-DC變換器的一種實(shí)現(xiàn)方式:
[0040]上橋電路包含第I電感L1、第I有源開關(guān)SI，第I 二極管Dl和第I母線電容Cl ；第I電感LI 一端與所述DC-D