一种光伏组件串功率优化系统及其优化方法技术方案

本发明专利技术公开了光伏系统领域内的一种光伏组件串功率优化系统，包括控制系统和主电路，主电路由多组结构相同的优化组件组成，优化组件包括主功率模块，主功率模块的输入连接在逆变器输入母线和地之间；主功率模块的输出端与从功率模块的输入端相连；从功率模块管理光伏组件，每个从功率模块的输出端连接在光伏组件的正输出端和逆变器母线之间；控制系统控制主功率模块输出低压直流电压，保持输出功率平衡；控制系统控制从功率模块根据逆变器直流母线电压和计算出的光伏组件最大功率点电压实时调整其输出电压值，保持每个光伏串处于系统约束及环境约束下的最大功率输出点，本发明专利技术提高了光伏串的能量利用率，可用于光伏控制中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光伏控制系统，特别涉及一种光伏串优化系统。
技术介绍
在光伏发电应用中存在多个层面的功率失配现象，首先光伏电池板本身存在一定的容差，导致每块光伏板输出最大功率的稳态运行点有差别；当多个光伏电池连接成串输出给光伏逆变器供电时，由于参数匹配、光照不均、阴影遮蔽等情况综合作用，导致功率失配现象更加严重，光伏的利用率进一步下降。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种光伏组件串功率优化系统，消除失配现象，提高太阳能的利用率。本专利技术的目的是这样实现的：一种光伏组件串功率优化系统，包括控制系统和主电路，所述主电路由多组结构相同的优化组件组成，所述优化组件包括：主功率模块，用以输入匹配光伏组件的能量给从功率模块，平衡从功率模块输出的能量；从功率模块，根据光伏组件发出的电压电流控制其自身的输出电压，以保持光伏组件发出当前最大稳态功率；光伏组件，由多个光伏板串联而成，形成光伏串；主功率模块的输入连接在逆变器输入母线和地之间；主功率模块的输出端与从功率模块的输入端相连；从功率模块管理光伏组件，每个从功率模块的输出端连接在光伏组件的正输出端和逆变器母线之间；所述控制系统控制主功率模块输出低压直流电压，保持输出功率平衡；所述控制系统控制从功率模块根据逆变器直流母线电压和计算出的光伏组件最大功率点电压实时调整其输出电压值，保持每个光伏串处于系统约束及环境约束下的最大功率输出点。作为本专利技术的进一步限定，所述主功率模块为隔离型双向直流到直流变换器，输入为逆变器直流母线电压，输出为低压直流电；其主电路包括第一功率IGBT开关管Q1、第二功率IGBT开关管Q2、第三功率IGBT开关管Q3、第四功率IGBT开关管Q4、电力变压器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以及第一母线电容C1；第一功率IGBT开关管Q1的集电极、第三功率IGBT开关管Q3的集电极与逆变器输入母线相连，第一功率IGBT开关管的源极与第二功率IGBT开关管Q2的集电极相连，第三功率IGBT开关管Q3的源极与第四功率IGBT开关管Q4的集电极相连，第二功率IGBT开关管Q2的源极、第四功率IGBT开关管Q4的源极接地，电力变压器T原边一端接第一功率IGBT管Q1与第二功率IGBT管Q2之间的电极点A，另一端接第三功率IGBT管Q3与第四功率IGBT管Q4之间的电极点B，电力变压器T副边的一端与电极点C相连接，另一端与电极点D相连接，电极点C位于第五功率MOS管Q5源极与第六功率MOS管Q6漏极之间，电极点D位于第七功率MOS管Q7源极与第八功率MOS管Q8漏极之间，第五功率MOS开关管Q5的漏极、第七功率MOS开关管Q7的漏极与输出母线正极BUSP相连，第五功率MOS开关管Q5的源极与第六功率MOS开关管Q6的漏极相连，第七功率MOS开关管Q7的源极与第八功率MOS开关管Q8的漏极相连，第六功率MOS开关管Q6的源极、第八功率MOS开关管Q8的源极与输出母线负极BUSN连接，第一母线电容C1跨接在输出母线正极BUSP与输出母线负极BUSN两端。作为本专利技术的进一步限定，所述从功率模块的主电路包括第一电感LM1、第九功率MOS管Q9、第二电感LM2、第三电容C3、第十功率MOS管Q10、第二电容C2；第九功率MOS管Q9的漏极接母线正极BUSP，第九功率MOS管Q9的源极与第三电容C3的一端相连接，第三电容C3的另一端与第十功率MOS管Q10的漏极相连接，第二功率MOS管的源极接母线负极BUSN相连接，第一电感LM1的一端接母线正极BUSP，第一电感LM1的另一端与第十功率MOS管Q10的漏极相连接，第二电感LM2的一端与第九功率MOS管Q9的源极相连接，第二电感LM2的另一端接逆变器输入母线，母线负极BUSN与光伏组件的输出端相连，第二电容C2的一端接逆变器输入母线，第二电容C2的另一端接母线负极BUSN。一种光伏组件串功率优化方法，包括主功率模块控制方法和从功率模块控制方法；所述主功率模块控制方法为：控制前调节第一功率IGBT开关管Q1和第四功率IGBT开关管Q4同逻辑，第一功率IGBT开关管Q1和第二功率IGBT开关管Q2逻辑互补，第三功率IGBT开关管Q3和第四功率IGBT开关管Q4逻辑互补，第五功率MOS管Q5和第八功率MOS管Q8同逻辑，第五功率MOS管Q5和第六功率MOS管Q6逻辑互补，第七功率MOS管Q7和第八功率MOS管Q8逻辑互补，第一功率IGBT开关管Q1和第五功率MOS管Q5直接存在相位差phase；控制时，将主模块输出电压vBUS采样后和设定值V *BUS相比，进行闭环控制，将匹配光伏串的能量抽出或送回逆变器直流母线，闭环控制过程中控制器输出限幅在[-90，90]之间；所述从功率模块的控制方法为：控制前调节第九功率MOS管Q9与第十功率MOS管Q10逻辑互补，控制时，测量光伏串的电压和电流，根据常规的最大功率点追踪追踪算法算出该光伏串应运行的稳态电压点，再根据实时逆变器母线电压算出插入的电压，通过闭环控制利用电压控制器算出第九功率MOS管Q9的占空比d，从而控制从功率模块输出最大功率电压。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：利用高频电力变换技术将一个正负连续可控电压源插入到光伏组件中，使得每组并联发电的光伏组件都能工作于最大输出功率点；由于插入的可控电压源电压低，所以主从功率模块的处理的电功率也低，即专利技术中提出的优化系统相对于现有方案损耗非常小。本专利技术可用于光伏发电中。附图说明图1为本专利技术系统结构示意图。图2为本专利技术中主功率模块电路图。图3为本专利技术中从功率模块电路图。图4为本专利技术中主功率模块控制原理图。图5为本专利技术中从功率模块控制原理图。具体实施方式如图1-3所示的一种光伏组件串功率优化系统，包括控制系统和主电路，所述主电路由多组结构相同的优化组件组成，所述优化组件包括：主功率模块PM，用以输入匹配光伏组件的能量给从功率模块SM，平衡从功率模块SM输出的能量，所述主功率模块PM为隔离型双向直流到直流变换器，输入为逆变器直流母线电压，输出为低压直流电；其主电路包括第一功率IGBT开关管Q1、第二功率IGBT开关管Q2、第三功率IGBT开关管Q3、第四功率IGBT开关管Q4、电力变压器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以及第一母线电容C1；第一功率IGBT开关管Q1的集电极、第三功率IGBT开关管Q3的集电极与逆变器输入母线相连，第一功率IGBT开关管的源极与第二功率IGBT开关管Q2的集电极相连，第三功率IGBT开关管Q3的源极与第四功率IGBT开关管Q4的集电极相连，第二功率IGBT开关管Q2的源极、第四功率IGBT开关管Q4的源极接地，电力变压器T原边一端接第一功率IGBT管Q1与第二功率IGBT管Q2之间的电极点A，另一端接第三功率IGBT管Q3与第四功率IGBT管Q4之间的电极点B，电力变压器T副边的一端与电极点C相连接，另一端与电极点D相连接，电极点C位于第五功率MOS管Q5源极与第六功率MOS管Q6漏极之间，电极点D位于第七功率MOS管Q7源极与第八功率MOS管Q8漏极之间，第五功率MOS开关管Q5的漏本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光伏组件串功率优化系统，其特征在于，包括控制系统和主电路，所述主电路由多组结构相同的优化组件组成，所述优化组件包括：主功率模块，提供或吸收功率，用以匹配光伏组件的最大输出功率；从功率模块，根据光伏组件发出的电压电流控制其自身的输出电压，以保持光伏组件发出当前最大稳态功率；光伏组件，由多个光伏板串联而成，形成光伏串；主功率模块的输入连接在逆变器输入母线和地之间；主功率模块的输出端与从功率模块的输入端相连；从功率模块管理光伏组件，每个从功率模块的输出端连接在光伏组件的正输出端和逆变器母线之间；所述控制系统控制主功率模块输出低压直流电压，保持输出功率平衡；所述控制系统控制从功率模块根据逆变器直流母线电压和计算出的光伏组件最大功率点电压实时调整其输出电压值，保持每个光伏串处于系统约束及环境约束下的最大功率输出点。

【技术特征摘要】
1.一种光伏组件串功率优化系统，其特征在于，包括控制系统和主电路，所述主电路由多组结构相同的优化组件组成，所述优化组件包括：主功率模块，提供或吸收功率，用以匹配光伏组件的最大输出功率；从功率模块，根据光伏组件发出的电压电流控制其自身的输出电压，以保持光伏组件发出当前最大稳态功率；光伏组件，由多个光伏板串联而成，形成光伏串；主功率模块的输入连接在逆变器输入母线和地之间；主功率模块的输出端与从功率模块的输入端相连；从功率模块管理光伏组件，每个从功率模块的输出端连接在光伏组件的正输出端和逆变器母线之间；所述控制系统控制主功率模块输出低压直流电压，保持输出功率平衡；所述控制系统控制从功率模块根据逆变器直流母线电压和计算出的光伏组件最大功率点电压实时调整其输出电压值，保持每个光伏串处于系统约束及环境约束下的最大功率输出点。2.根据权利要求1所述的一种光伏组件串功率优化系统，其特征在于，所述主功率模块为隔离型双向直流到直流变换器，输入为逆变器直流母线电压，输出为低压直流电；其主电路包括第一功率IGBT开关管Q1、第二功率IGBT开关管Q2、第三功率IGBT开关管Q3、第四功率IGBT开关管Q4、电力变压器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以及第一母线电容C1；第一功率IGBT开关管Q1的集电极、第三功率IGBT开关管Q3的集电极与逆变器输入母线相连，第一功率IGBT开关管的源极与第二功率IGBT开关管Q2的集电极相连，第三功率IGBT开关管Q3的源极与第四功率IGBT开关管Q4的集电极相连，第二功率IGBT开关管Q2的源极、第四功率IGBT开关管Q4的源极接地，电力变压器T原边一端接第一功率IGBT管Q1与第二功率IGBT管Q2之间的电极点A，另一端接第三功率IGBT管Q3与第四功率IGBT管Q4之间的电极点B，电力变压器T副边的一端与电极点C相连接，另一端与电极点D相连接，电极点C位于第五功率MOS管Q5源极与第六功率MOS管Q6漏极之间，电极点D位于第七功率MOS管Q7源极与第八功率MOS管Q8漏极之间，第五功率MOS开关管Q5的漏极、第七功率MOS开关管Q7的漏极与输出母线正极BUSP相连，第五功率MOS开关管Q5的源极与第六功率MOS开关管Q6的漏极相连，第七功率MOS开关管Q7...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡长虹，纪昆，蒋伟，戴永林，江启芬，
申请(专利权)人：扬州华鼎电器有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32