光伏阵列拓扑及其最大功率跟踪控制方法技术

一种光伏阵列拓扑及其最大功率跟踪控制方法，属于光伏发电领域。光伏阵列拓扑包括一组光伏阵列基本单元，依次串联且以电压源的形式向外输出，其由光伏并联模块、滤波电路、电流型逆变器及CLC谐振电路串联而成；电压型整流器，连接第二PWM信号发生器。方法：采集一组光伏阵列基本单元的串联输出电压；通过电压型整流器将串联输出电压整流成直流；利用PWM整流电流控制技术，通过第二PWM信号发生器使电压型整流器的输入功率因数为1，使CLC谐振电路的负载为纯阻负载；调节电压型整流器交流侧的电流大小，使对应的光伏并联模块的工作电压近似为最佳电压，完成光伏阵列基本单元的最大功率输出。提高发电效率，简化最大功率跟踪算法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光伏发电
，具体涉及一种光伏阵列拓扑及其最大功率跟踪控制方法。
技术介绍
光伏发电具有无噪音、无污染、故障率低、维护简便等优点，是一种理想的可持续发展绿色能源，具有非常广阔的应用前景。光伏电池输出的I-V特性如图1所示，在其输出电压范围内主要表现为电流源特性，而在开路电压附近则近似变为电压源。受输出特性制约，光伏电池的输出功率具有非线性特点，如图2所示，只有在某一输出电压值即最佳输出电压值时，光伏电池的输出功率才能达到最大值，此时光伏电池的工作点就达到输出P-V曲线的最高点，即最大功率点。光伏电池始终工作在最大功率点，是提高光伏电池发电效率的必然要求。这一问题业内称之为最大功率点跟踪(英文全称为：MaximumPowerPointTracking，英文简称：MPPT)。请参阅图3，光伏阵列一般由一定数量的光伏组件串并联组合而成，并且在每一光伏组件的两端均并联有一个旁路二极管以避免热斑现象。当光伏阵列受到局部阴影遮挡时，其输出特性将变得复杂。以最简单的由两个光伏组件串联而成的支路为例，被遮挡的光伏组件产生的光生电流减少，由于串联电路中电流必须相等，因此将出现以下两种情况：1)受遮挡的光伏组件被二极管旁路，停止发电；2)受遮挡的光伏组件继续发电，支路中其他正常组件则降低输出电流以保持支路电流的一致性，此时光伏阵列的P-V曲线如图4所示，将出现两个峰值。显然，在这种情况下，传统的MPPT算法很容易陷入局部最优，必须采用更复杂的算法才能找到真正的最大功率点，并且串联组件越多，局部峰值点也越多，算法也越复杂。目前各种成熟的技术方法，仅仅着眼于在上述两种情况中选出最佳，而没有进一步考虑阴影遮挡给串联光伏电池所造成的功率损失。实际上，无论哪种情况，串联支路都要浪费相当一部分功率，这部分功率可能比通过MPPT算法而获得的功率提高值要大很多。如果能充分利用这部分功率，相信会对光伏产业的发展具有很好的推动作用。分布式最大功率点跟踪(英文全称为：DistributedMaximumPowerPointTracking,英文简称：DMPPT)是解决上述问题的一种方法，如图5所示，其基本思路是给每一块串联的光伏模块配备一个DC-DC转换器，通过调节占空比使光伏模块工作在最佳电压，同时，DC-DC转换器输出相同的电流。目前，国内外的研究基本都遵循这一思路。然而，该方法的缺点是每个串联的DC-DC转换器都需要单独控制，既要保证各DC-DC转换器输出相同的电流，又要保证每块光伏模块工作在最佳电压，控制比较复杂，尤其是在串联组件比较多的情况下。实际上，局部阴影遮挡下的光伏组件的工作环境温度基本相同，仅光照量会因发生遮挡而各不相同，此时，光伏阵列中的各光伏组件具有如图6所示的输出特性。由图可见，尽管被阴影遮挡的光伏组件光生电流变化较大，但其最佳工作电压变化很小。根据这一特点，设想如果能通过某种变换，将光伏组件的输出电流变换成电压，则当发生局部阴影遮挡时，串联光伏组件输出电流的不同将转化为输出电压的不同，根据电路定律，仍然可以正常串联不需要采用二极管进行旁路；而且每个串联光伏组件的输出电压由串联支路电流决定，无需单独调节就自动相等。通过控制串联支路电流可以使支路中所有串联的光伏组件都近似工作在最佳电压附近。这样，光伏阵列中每一块光伏组件基本上都可以输出最大功率，达到分布式最大功率跟踪的目的，极大地提高发电效率。另外，由于谐振变换恰好可以进行电流源与电压源的互变，因此只要将光伏组件的直流输出逆变成某种谐振频率的交流输出，就可以实现上述设想。与目前通用的DMPPT方法相比，上述方案的控制对象只有串联支路电流一个变量，无需对每一块光伏组件进行单独调节，控制算法相对简单，而且可以借助目前比较成熟的PWM整流和PWM逆变的电流控制技术来完成。鉴于上述已有技术，本申请人作了有益的设计，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。
技术实现思路
本专利技术的首要任务在于提供一种光伏阵列拓扑，能大幅提高光伏阵列的发电效率。本专利技术的另一任务在于提供一种光伏阵列拓扑的最大功率跟踪控制方法，能简化最大功率跟踪控制算法。为体现完成本专利技术的首要任务，本专利技术提供的技术方案是，一种光伏阵列拓扑，其特征在于包括一组光伏阵列基本单元，所述的一组光伏阵列基本单元依次串联且以电压源的形式向外输出，光伏阵列基本单元由光伏并联模块、滤波电路、电流型逆变器以及CLC谐振电路依次串联而成，所述的光伏并联模块由若干光伏组件并联构成，所述的电流型逆变器的输出频率等于CLC谐振电路的谐振频率，一组光伏阵列基本单元中的各电流型逆变器共同连接第一PWM信号发生器，采用同一个PWM调制信号进行调制；一电压型整流器，所述的电压型整流器连接第二PWM信号发生器，电压型整流器将一组光伏阵列基本单元的串联输出电压整流成直流，对蓄电池进行充电。在本专利技术的一个具体的实施例中，所述的电流型逆变器包括功率开关管VT1～VT4以及二极管D1～D4，功率开关管VT1的漏极和功率开关管VT3的漏极连接，并共同连接所述的滤波电路的一输出端，功率开关管VT1的源极连接二极管D1的正极，二极管D1的负极连接功率开关管VT2的漏极，并共同连接所述的CLC谐振电路的一输入端，功率开关管VT2的源极连接二极管D2的正极，功率开关管VT3的源极连接二极管D3的正极，二极管D3的负极连接功率开关管VT4的漏极，并共同连接CLC谐振电路的另一输入端，功率开关管VT4的源极连接二极管D4的正极，二极管D2的负极和二极管D4的负极连接，并共同连接滤波电路的另一输出端，功率开关管VT1的栅极、功率开关管VT2的栅极、功率开关管VT3的栅极以及功率开关管VT4的栅极共同连接所述的第一PWM信号发生器。在本专利技术的另一个具体的实施例中，所述的电压型整流器包括功率开关管VT5～VT8以及二极管D5～D8，功率开关管VT5的漏极与二极管D5的负极、功率开关管VT7的漏极以及二极管D7的负极连接，并共同连接所述的蓄电池的正极端；功率开关管VT6的源极与二极管D6的正极、功率开关管VT8的源极以及二极管D8的正极连接，并共同连接所述的蓄电池的负极端；功率开关管VT5的源极与二极管D5的正极、功率开关管V6的漏极以及二极管D6的负极连接，并共同通过一电感L3连接所述的一组光伏阵列基本单元的一输出端；功率开关管VT7的源极与二极管D7的正极、功率开关管VT8的漏极以及二极管D8的负极连接，并共同连接一组光伏阵列基本单元的另一输出端；功率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光伏阵列拓扑，其特征在于：包括一组光伏阵列基本单元，所述的一组光伏阵列基本单元依次串联且以电压源的形式向外输出，光伏阵列基本单元由光伏并联模块、滤波电路、电流型逆变器以及CLC谐振电路依次串联而成，所述的光伏并联模块由若干光伏组件并联构成，所述的电流型逆变器的输出频率等于CLC谐振电路的谐振频率，一组光伏阵列基本单元中的各电流型逆变器共同连接第一PWM信号发生器，采用同一个PWM调制信号进行调制；一电压型整流器，所述的电压型整流器连接第二PWM信号发生器，电压型整流器将一组光伏阵列基本单元的串联输出电压整流成直流，对蓄电池进行充电。

【技术特征摘要】
1.一种光伏阵列拓扑，其特征在于：包括一组光伏阵列基本单元，所述的一组光伏阵列基本单元依次串联且以电压源的形式向外输出，光伏阵列基本单元由光伏并联模块、滤波电路、电流型逆变器以及CLC谐振电路依次串联而成，所述的光伏并联模块由若干光伏组件并联构成，所述的电流型逆变器的输出频率等于CLC谐振电路的谐振频率，一组光伏阵列基本单元中的各电流型逆变器共同连接第一PWM信号发生器，采用同一个PWM调制信号进行调制；一电压型整流器，所述的电压型整流器连接第二PWM信号发生器，电压型整流器将一组光伏阵列基本单元的串联输出电压整流成直流，对蓄电池进行充电。
2.根据权利要求1所述的光伏阵列拓扑，其特征在于所述的电流型逆变器包括功率开关管VT1～VT4以及二极管D1～D4，功率开关管VT1的漏极和功率开关管VT3的漏极连接，并共同连接所述的滤波电路的一输出端，功率开关管VT1的源极连接二极管D1的正极，二极管D1的负极连接功率开关管VT2的漏极，并共同连接所述的CLC谐振电路的一输入端，功率开关管VT2的源极连接二极管D2的正极，功率开关管VT3的源极连接二极管D3的正极，二极管D3的负极连接功率开关管VT4的漏极，并共同连接CLC谐振电路的另一输入端，功率开关管VT4的源极连接二极管D4的正极，二极管D2的负极和二极管D4的负极连接，并共同连接滤波电路的另一输出端，功率开关管VT1的栅极、功率开关管VT2的栅极、功率开关管VT3的栅极以及功率开关管VT4的栅极共同连接所述的第一PWM信号发生器。

【专利技术属性】
技术研发人员：钟黎萍，赵杰，张水平，杨浩东，顾启民，
申请(专利权)人：常熟理工学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32