一種光伏優(yōu)化系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新能源技術(shù)領(lǐng)域，涉及太陽(yáng)能光伏電池并網(wǎng)/離網(wǎng)系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)，特別涉及一種新能源發(fā)電系統(tǒng)，以及相應(yīng)的混合最大功率跟蹤方法。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)展光伏發(fā)電技術(shù)是應(yīng)對(duì)能源和環(huán)境危機(jī)的重要舉措。由于光伏發(fā)電設(shè)備成本高而能量轉(zhuǎn)換效率低，極大增加了發(fā)電成本，限制了光伏發(fā)電技術(shù)的推廣和應(yīng)用。
[0003]根據(jù)逆變器的不同，光伏發(fā)電系統(tǒng)主要有如下幾類:電站型逆變器光伏發(fā)電系統(tǒng)、組串型逆變器光伏發(fā)電系統(tǒng)、微逆變器光伏發(fā)電系統(tǒng)。目前組串級(jí)逆變器光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用較為廣泛；組串級(jí)逆變器光伏發(fā)電系統(tǒng)相對(duì)電站型逆變器光伏發(fā)電系統(tǒng)具有安裝靈活方便的特點(diǎn)，可安裝于屋頂、院子等面積較小的場(chǎng)地，相對(duì)與微逆變器光伏發(fā)電系統(tǒng)又具有成本優(yōu)勢(shì)。但組串型逆變器只能實(shí)現(xiàn)組串級(jí)的MPPT，當(dāng)組串中的光伏電池間因?yàn)樯a(chǎn)的不一致、損壞、遮擋等因素具有較大mismatch時(shí)，串聯(lián)耦合會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的發(fā)電量。
[0004]現(xiàn)階段普遍是通過(guò)加裝優(yōu)化器解決上述串聯(lián)耦合引起的發(fā)電量降低問(wèn)題，但因?yàn)楣夥姵氐娜抗β释ㄟ^(guò)優(yōu)化器輸出，優(yōu)化器本身?yè)p耗較大，發(fā)熱嚴(yán)重、體積較大，為滿足功率要求，需要選用額定功率較大的元器件，造成成本高。
[0005]綜合考慮上述因素，損耗小、成本低的解決方案就成為迫切需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有串級(jí)逆變器光伏發(fā)電系統(tǒng)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的之一在于提供一種損耗小、成本低的光伏優(yōu)化系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明的目的之二在于提供一種基于上述優(yōu)化系統(tǒng)實(shí)施的優(yōu)化控制方法。
[0008]由此構(gòu)成的優(yōu)化方案通過(guò)光伏電池間功率補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)光伏電池級(jí)最大功率跟蹤，其損耗小、成本低有效解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的問(wèn)題。
[0009]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0010]目的1: 一種光伏優(yōu)化系統(tǒng)，所述光伏優(yōu)化系統(tǒng)包括η個(gè)光伏電池、η-1個(gè)功率補(bǔ)償器、一個(gè)串級(jí)逆變器，所述η個(gè)光伏電池的輸出端依次串聯(lián)后與后級(jí)的串級(jí)逆變器輸入端并聯(lián)；所述組串的光伏電池中每?jī)上噜彽墓夥姵氐妮敵龆朔謩e與一功率補(bǔ)償器的兩個(gè)輸入端并聯(lián)，功率補(bǔ)償器根據(jù)每個(gè)光伏電池最大功率跟蹤控制原則，對(duì)相鄰兩個(gè)光伏電池進(jìn)行功率補(bǔ)償，補(bǔ)償功率可依次通過(guò)相鄰的多個(gè)功率補(bǔ)償器進(jìn)行傳遞。
[0011]在發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)例中，所述功率補(bǔ)償器為一隔離或者非隔離DC-DC變換器。
[0012]進(jìn)一步的，所述功率補(bǔ)償器兩個(gè)輸入端口完全一致，功率可以雙向傳遞。
[0013]進(jìn)一步的，所述功率補(bǔ)償器可通過(guò)分時(shí)機(jī)制對(duì)兩個(gè)輸入端口分時(shí)段分別進(jìn)行MPPT控制。
[0014]目的2:基于上述系統(tǒng)實(shí)施的控制方法，該方法通過(guò)光伏電池間的功率補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)光伏電池級(jí)最大功率跟蹤。
[0015]在控制方法的優(yōu)選方案中，所述控制方法通過(guò)功率補(bǔ)償器和后級(jí)組串型逆變器分別對(duì)單個(gè)光伏電池和整個(gè)組串光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率做MPPT，同時(shí)組串中的差異電流通過(guò)功率補(bǔ)償器間傳遞補(bǔ)償，使得各光伏電池滿足串聯(lián)電流相等的約束條件，同時(shí)也分別實(shí)現(xiàn)各光伏電池的最大功率跟蹤。
[0016]進(jìn)一步的，所述控制方法通過(guò)功率補(bǔ)償器補(bǔ)償光伏電池間的差異電流即可實(shí)現(xiàn)每個(gè)光伏電池的最大功率輸出；功率補(bǔ)償器兩個(gè)輸入端口通過(guò)分時(shí)機(jī)制分時(shí)段進(jìn)行控制，當(dāng)其上任一輸入端口增大電壓后，如果對(duì)應(yīng)光伏電池輸出功率增大則電壓繼續(xù)增加直至對(duì)應(yīng)光伏電池的輸出功率減小為止；當(dāng)其上任一輸入端口降低電壓后，如果對(duì)應(yīng)光伏電池輸出功率增大則電壓繼續(xù)降低直至光伏電池輸出功率減小為止。
[0017]再進(jìn)一步的，所述控制方法的具體實(shí)施如下:
[0018](I)當(dāng)系統(tǒng)開始工作時(shí)，功率補(bǔ)償器分別對(duì)每個(gè)光伏電池的輸出功率做MPPT，即分別調(diào)節(jié)111，112-1111為與當(dāng)前條件對(duì)應(yīng)的固定值，以實(shí)現(xiàn)各個(gè)光伏電池的10^1'，各光伏電池的輸出功率分別為P1= i !^u1, P2= i 2*u2,…，Pn= in*un，其中ip i2...iA光伏電池最大功率點(diǎn)處的輸出電流，U1, ιν..ιιη為光伏電池最大功率點(diǎn)處的電壓，i 1、司因?yàn)楦鞣Nmismatch存在差異；
[0019](2)各光伏電池串聯(lián)電流相等，即U= 1。2 =…=im，則各光伏電池輸入補(bǔ)償器的電流為ifid、…，各光伏電池輸入補(bǔ)償器的功率為Ap1, Δρ^..Δρη，Δρη=
(in-1on)*un；
[0020](3)通過(guò)功率補(bǔ)償器，實(shí)現(xiàn)功率在各光伏電池間傳遞補(bǔ)償，以使得各光伏電池串聯(lián)電流相等，實(shí)現(xiàn)各光伏電池的MPPT，因此Λ Ρι+Λ ρ2+...+Λ Pn= O。
[0021]根據(jù)上述方案形成的本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0022](I)本發(fā)明提供的光伏電池級(jí)最大功率跟蹤光伏系統(tǒng)及其控制方法具有極高的系統(tǒng)效率，極低的自身?yè)p耗，功率補(bǔ)償器全負(fù)載范圍內(nèi)的變換效率可達(dá)99.5%以上。系統(tǒng)輸出能量與應(yīng)用普通優(yōu)化器的系統(tǒng)相比，預(yù)計(jì)可提高1.5%?2% (此百分點(diǎn)由功率補(bǔ)償器和普通優(yōu)化器的損耗差值決定)。
[0023](2)本發(fā)明提供的光伏電池級(jí)最大功率跟蹤光伏系統(tǒng)及其控制方法具有極高的系統(tǒng)可靠性，因?yàn)楣β恃a(bǔ)償器與光伏電池的輸出端口都是并聯(lián)關(guān)系，即便功率補(bǔ)償器失效也不影響原系統(tǒng)的正常工作。
[0024](3)本發(fā)明提供的光伏電池級(jí)最大功率跟蹤光伏系統(tǒng)及其控制方法具有低成本、高穩(wěn)定性的特點(diǎn)，由于功率補(bǔ)償器只處理光伏電池整體功率的20%以下，損耗小，發(fā)熱少，功率部分成本大幅度降低，體積、重量也大幅減小。
【附圖說(shuō)明】
[0025]以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
[0026]圖1為光伏電池間功率補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)光伏電池級(jí)最大功率跟蹤的光伏系統(tǒng)框圖；
[0027]圖2為功率補(bǔ)償器優(yōu)選實(shí)例電路圖；
[0028]圖3為功率補(bǔ)償器優(yōu)選實(shí)例控制框圖。
[0029]圖中符號(hào)說(shuō)明:
[0030]1l1-1Oln—光伏電池；102—功率補(bǔ)償器；103—組串逆變器；104—蓄電池、電網(wǎng)或者其他用電負(fù)載；105—直流母線；ubus—組串逆變器直流輸入側(cè)母線電壓；ρι、ρ2...ρη—光伏電池最大輸出功率i2-1n—光伏電池最大功率點(diǎn)處的輸出電流—光伏電池串聯(lián)電流。
【具體實(shí)施方式】
[0031]為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0032]參見圖1，其所示為本發(fā)明提供的利用光伏電池間功率補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)光伏電池級(jí)最大功率跟蹤的光伏優(yōu)化系統(tǒng)的框圖。由圖可知，本光伏優(yōu)化系統(tǒng)100由η個(gè)光伏電池101「101η、η-1個(gè)功率補(bǔ)償器102^102^和一個(gè)串級(jí)逆變器103構(gòu)成。
[0033]其中，η個(gè)光伏電池1l1-1Oln的輸出端依次串接，η個(gè)光伏電池101「101η的輸出側(cè)依次串聯(lián)形成高壓直流母線105，再與組串逆變器103的輸入端并聯(lián)，串級(jí)逆變器103的輸出端連接蓄電池、電網(wǎng)或者其他用電負(fù)載104。
[0034]同時(shí)，組串的η個(gè)光伏電池1l1-1Oln*，每?jī)蓚€(gè)相鄰的光伏電池的輸出端將與一個(gè)功率補(bǔ)償器輸入端口并聯(lián)。如圖，光伏電池1l1與光伏電池1012的輸出端與功率補(bǔ)償器
的輸入端并聯(lián)，光伏電池1l2與光伏電池101 3的輸出端與功率補(bǔ)償器102 2的輸入端并聯(lián)，以此類推，實(shí)現(xiàn)每個(gè)功率補(bǔ)償器控制連接組串的兩個(gè)相鄰的光伏電池。
[0035]該系統(tǒng)中，每個(gè)功率補(bǔ)償器根據(jù)每個(gè)光伏電池最大功率跟蹤控制原則，對(duì)相鄰兩個(gè)光伏電池進(jìn)行功率補(bǔ)償，補(bǔ)償功率可依次通過(guò)相鄰的多個(gè)功率補(bǔ)償器進(jìn)行傳遞，從而在整個(gè)組串中的任意光伏電池間實(shí)現(xiàn)功率補(bǔ)償，從而實(shí)現(xiàn)每個(gè)光伏電池的最大功率跟蹤。
[0036]而組串逆變器103對(duì)整個(gè)組串形成的光伏系統(tǒng)的輸出功率做ΜΡΡΤ。
[0037]在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，功率補(bǔ)償器102^102^為一隔離或者非隔離DC-DC變換器，優(yōu)選實(shí)例如圖2所示，光伏電池一、光伏電池二對(duì)應(yīng)兩個(gè)輸入端口，Cl、C