一种可以实现分布式MPPT的集中式光伏发电系统技术方案

本发明专利技术公开了一种可以实现分布式MPPT的集中式光伏发电系统，包括光伏组件、光伏优化器、电压补偿器和并网逆变器，系统中每个光伏组件输出端连接一个Buck型光伏优化器，用以实现每个光伏组件的最大功率跟踪，光伏优化器的输出端串联形成组串；每个组串连接一个隔离型的DC/DC变换器即电压补偿器，其输入端连接直流母线，输出端串联接入组串中；多个组串并联形成光伏阵列，连接并网逆变器并网发电；光伏优化器、电压补偿器和并网逆变器通过功率信号复合调制通信的方式进行通信。本发明专利技术使光伏阵列的功率最大化，同时解决了组件级、组串级的失配问题，所提出的通信实现不需要额外的布线和通信模块，通信成本低，维护简单。

Centralized photovoltaic power generation system capable of realizing distributed MPPT

The invention discloses a photovoltaic power generation system can realize the centralized distributed MPPT, including photovoltaic modules, photovoltaic grid connected inverter and voltage compensator, the optimizer, each PV module output system in the end is connected with a Buck type photovoltaic optimizer, to achieve maximum power tracking of each PV module, the output end of the photovoltaic optimizer in series to form a string each string; DC/DC converter connected with an isolation type voltage compensator, the input end is connected with the output end of the DC bus, connected in series; a plurality of groups of series parallel formation of photovoltaic array, grid connected photovoltaic power grid connected inverter; optimizer, voltage compensator and grid connected inverter communication through power signal composite modulation communication the way. The invention makes the power of the photovoltaic array maximized, and solves the mismatching problem of the component level and the group cascade. The proposed communication implementation does not need additional wiring and communication modules, and the communication cost is low and the maintenance is simple.

【技术实现步骤摘要】
一种可以实现分布式MPPT的集中式光伏发电系统
本专利技术属于光伏发电
，具体涉及一种可以实现分布式MPPT的集中式光伏发电系统。
技术介绍
光伏发电具有清洁、可再生、技术成熟、安装方便等特点，已成为最有前途的可再生能源发电方式之一。截至2015年9月，中国累计光伏发电容量已达37.95GW，其中光伏电站31.7GW，分布式光伏6.25GW；而目前已安装的光伏电站多为传统的集中式光伏发电系统。大中型光伏发电系统通常采用集中式并网发电方式，其典型结构如图1所示。一定数量的光伏组件串联形成光伏组串，组串再通过直流汇流箱并联至直流母线，并联的组串即形成光伏阵列，直流母线再经过光伏并网逆变器进行并网，实现光伏发电。为了降低线损，提高系统发电效率，同时降低组串、线缆和汇流箱的数量，集中式光伏发电系统中的直流母线电压较高，一般为400～800V。由局部阴影遮挡或者组件老化等因素造成的失配是造成光伏系统发电效率降低的主要原因。在光伏阵列中，失配问题可划分为组件级失配和组串级失配：组件级失配是指发生在串联的组件之间，组件受到的光照或温度条件不一致，或组件老化后，输出特性不一致的情况；组串级失配是指发生在并联的组串之间，由于组件级失配导致组串的输出特性不一致的情况。针对组件级失配，为防止失配严重的组件由于光斑效应损坏，一般需要在组件的输出端并联旁路二极管，此时组串的输出P-V特性会呈现多峰值现象。同时由于组串内电流平衡的限制，组串P-V特性的最大功率并不是每个组件的最大输出功率之和，因此存在输出潜能的浪费。针对组串级失配，集中式光伏系统采用防逆流二极管防止失配严重的组串输入反向电流而损坏该组串，此时阵列的P-V特性也呈现多峰现象，同样由于并联组串电压平衡的限制，阵列的输出潜能也会有浪费。针对上述失配问题，国内外学者做了大量研究，主要解决方为通过对光伏阵列的拓扑结构进行优化设计或附加硬件结构，实现组件级MPPT(MaximumPowerPointTracking，最大功率点跟踪)。在每个光伏组件输出并联DC/DC装置，通常称为光伏组件集成变换器(ModuleIntegratedConverter，MIC)、光伏优化器(PVOptimizer)，如图2所示，优化器的引入可以使每个组件可以单独实现MPPT。串联型全功率变换器的常用拓扑结构是Buck、Boost和Buck-Boost型，其中Buck优化器优点是结构简单、成本低、转换效率高，缺点是不能升压，如果用于集中式光伏系统，未达到直流母线电压，单个组串需要较多组件和优化器，增大了前期投入；Boost优化器只能降流，受遮挡组件经Boost优化器后电流下降会更为严重；而Buck-Boost优化器优点在于既能升压也能降压，单个组串中组件数目更加灵活，但缺点是相比于前两者效率较低，成本较高。同时，光伏组件加入功率优化器组成光伏单元后，如果并网逆变器仍采用传统的MPPT控制方式，将会产生新的协调工作和稳定性问题。需要通过通信功能，协调并网逆变器以及各个功率优化器之间的控制算法。光伏系统中数据通信可采用有线或无线通信方式。有线通信又包括独立布线方式或电源线载波通信方式。独立布线通信方式包括RS485、CAN总线通信等，由于光伏系统对于线路防水要求很高，单独布线不仅增加安装成本，而且降低了系统可靠性，因此在实际应用中一般不会采纳；直流电力线载波通信(DC-PLC)是光伏优化器通信的一个较好选择，不需要额外布线。光伏优化器也可以采用Wifi或Zigbee等无线通信方式。这种方式虽然避免了有线通信的布线问题，但是天线的安装方式以及无线通信的组网调试比较复杂，降低了系统的可靠性。此外，无线通信电路也增加了系统的成本。
技术实现思路
鉴于上述，本专利技术提出了一种可以实现分布式MPPT的集中式光伏发电系统，其能够使光伏阵列的功率最大化，同时解决了组件级、组串级的失配问题。一种可以实现分布式MPPT的集中式光伏发电系统，包括呈阵列分布的光伏组件以及并网逆变器，每个光伏组件的输出端均连接有光伏优化器，所述光伏优化器内部采用Buck型DC-DC变换器，其用于对光伏组件的输出电压进行变换，以达到最大功率输出；同一列中的光伏组件通过光伏优化器在输出端串联后形成组串，每列组串通过串联接入一个电压补偿器后并联至并网逆变器的直流侧，所述电压补偿器用于抬高组串的输出电压使其达到直流母线电压，电压补偿器内部采用隔离型DC-DC变换器。进一步地，所述电压补偿器与光伏优化器之间通过功率信号复合调制通信的方式进行通信；同样当光伏优化器相互之间通信时，也通过功率信号复合调制通信的方式进行通信。进一步地，所有电压补偿器均安置于汇流箱内且与并网逆变器之间通过有线或无线通信方式进行通信，方便安装与更换。进一步地，所述光伏优化器包括Buck型DC-DC变换器、信号采样与调理电路、数字控制器和驱动电路；其中：所述Buck型DC-DC变换器一方面对光伏组件的输出电压进行变换，以达到最大功率输出，另一方面通过调制向输出端口发送数字信息；所述信号采样与调理电路用于采集光伏组件的输出电压和输出电流以及Buck型DC-DC变换器输出端口的电压，并对输出端口的电压进行滤波得到其中的纹波电压，进而将所述输出电压、输出电流和纹波电压输出至数字控制器；所述数字控制器在光伏优化器通信时，根据待发送的数据为0或1通过调制算法计算出对应的扰动量(该扰动量根据调制算法的不同，为频率扰动量或占空比扰动量)，并在内部功率调节环的输出端或给定参考功率上叠加所述扰动量以确定最终的调制波信号，进而使所述调制波信号与给定的功率载波信号比较，生成Buck型DC-DC变换器的控制信号以实现功率与通信数据的双调制控制；所述驱动电路用于对所述控制信号进行功率放大后以驱动控制Buck型DC-DC变换器。进一步地，所述电压补偿器包括隔离型DC-DC变换器、信号采样与调理电路、数字控制器和驱动电路；其中：所述隔离型DC-DC变换器一方面对组串的输出电压进行变换，以达到直流母线电压，另一方面通过调制向输出端口发送数字信息；所述信号采样与调理电路用于采集组串的输出电压和输出电流以及隔离型DC-DC变换器输出端口的电压，并对输出端口的电压进行滤波得到其中的纹波电压，进而将所述输出电压、输出电流和纹波电压输出至数字控制器；所述数字控制器在电压补偿器通信时，根据待发送的数据为0或1通过调制算法计算出对应的扰动量，并在内部功率调节环的输出端或给定参考功率上叠加所述扰动量以确定最终的调制波信号，进而使所述调制波信号与给定的功率载波信号比较，生成隔离型DC-DC变换器的控制信号以实现功率与通信数据的双调制控制；所述驱动电路用于对所述控制信号进行功率放大后以驱动控制隔离型DC-DC变换器。进一步地，所述的数字控制器包括：采样信号处理模块，对所述输出电压和输出电流进行AD采样并计算光伏组件或组串的输出功率，对所述纹波电压进行傅里叶变换以得到纹波电压的频谱信息；通信载波调制模块，在光伏优化器或电压补偿器对外发送信息时，根据待发送的数据为0或1通过调制算法计算出对应的扰动量；最大功率跟踪模块，用于根据输出功率利用最大功率跟踪算法确定功率调节的控制量，使所述扰动量与控制量相叠加得到调制波信号；或使所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可以实现分布式MPPT的集中式光伏发电系统，包括呈阵列分布的光伏组件以及并网逆变器，其特征在于：每个光伏组件的输出端均连接有光伏优化器，所述光伏优化器内部采用Buck型DC‑DC变换器，其用于对光伏组件的输出电压进行变换，以达到最大功率输出；同一列中的光伏组件通过光伏优化器在输出端串联后形成组串，每列组串通过串联接入一个电压补偿器后并联至并网逆变器的直流侧，所述电压补偿器用于抬高组串的输出电压使其达到直流母线电压，电压补偿器内部采用隔离型DC‑DC变换器。

【技术特征摘要】
1.一种可以实现分布式MPPT的集中式光伏发电系统，包括呈阵列分布的光伏组件以及并网逆变器，其特征在于：每个光伏组件的输出端均连接有光伏优化器，所述光伏优化器内部采用Buck型DC-DC变换器，其用于对光伏组件的输出电压进行变换，以达到最大功率输出；同一列中的光伏组件通过光伏优化器在输出端串联后形成组串，每列组串通过串联接入一个电压补偿器后并联至并网逆变器的直流侧，所述电压补偿器用于抬高组串的输出电压使其达到直流母线电压，电压补偿器内部采用隔离型DC-DC变换器。2.根据权利要求1所述的集中式光伏发电系统，其特征在于：所述电压补偿器与光伏优化器之间通过功率信号复合调制通信的方式进行通信；同样当光伏优化器相互之间通信时，也通过功率信号复合调制通信的方式进行通信。3.根据权利要求1所述的集中式光伏发电系统，其特征在于：所有电压补偿器均安置于汇流箱内且与并网逆变器之间通过有线或无线通信方式进行通信。4.根据权利要求2所述的集中式光伏发电系统，其特征在于：所述光伏优化器包括Buck型DC-DC变换器、信号采样与调理电路、数字控制器和驱动电路；其中：所述Buck型DC-DC变换器一方面对光伏组件的输出电压进行变换，以达到最大功率输出，另一方面通过调制向输出端口发送数字信息；所述信号采样与调理电路用于采集光伏组件的输出电压和输出电流以及Buck型DC-DC变换器输出端口的电压，并对输出端口的电压进行滤波得到其中的纹波电压，进而将所述输出电压、输出电流和纹波电压输出至数字控制器；所述数字控制器在光伏优化器通信时，根据待发送的数据为0或1通过调制算法计算出对应的扰动量，并在内部功率调节环的输出端或给定参考功率上叠加所述扰动量以确定最终的调制波信号，进而使所述调制波信号与给定的功率载波信号比较，生成Buck型DC-DC变换器的控制信号以实现功率与通信数据的双调制控制；所述驱动电路用于对所述控制信号进行功率放大后以驱动控制Buck型DC-DC变换器。5.根据权利要求2所述的集中式光伏发电系统，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴建德，朱越，王睿驰，王志鹍，何湘宁，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33