一种串联式光伏优化系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种串联式光伏优化系统及其控制方法，串联式光伏优化器输入端与光伏电池板的输出并联，串联式光伏优化器的输出端与光伏电池板的输出端串联，串联式光伏优化器通过将不匹配的能量由并联转换为串联的方式，使得每个光伏电池板都可实现最大功率输出，有效解决了组串中光伏电池板不匹配造成系统发电量降低问题，并且串联式光伏优化器只是转换不匹配部分能量，优化器功率低、损耗小、发热量少、成本低。

A series photovoltaic optimization system and its control method

The invention discloses a series photovoltaic optimization system and its control method. The input end of the series photovoltaic optimizer is in parallel with the output of the photovoltaic panel, the output end of the series photovoltaic optimizer is in series with the output end of the photovoltaic panel, and the series photovoltaic optimizer converts the unmatched energy from the parallel to the serial side. The series photovoltaic optimizer only converts the unmatched part of the energy, and the optimizer has low power, low loss, low calorific value and low cost.

【技术实现步骤摘要】
一种串联式光伏优化系统及其控制方法
本专利技术属于新能源
，涉及光伏电池板并网发电系统的最大功率跟踪技术，特别涉及一种串联式光伏优化系统及其控制方法。
技术介绍
发展和利用太阳能等新型能源发电技术是应对能源和环境危机的重要举措。由于光伏发电设备成本高且能量转换效率低，极大增加了发电成本，限制了光伏发电技术的推广和应用，因此提高光伏发电效率就变得尤为迫切和重要。光伏发电系统通常由多个光伏电池板串联成组串，单个组串或者多个组串并联接入后端逆变器并网发电。因为光伏电池板生产不一致、老化速度不一致、灰尘等遮挡、阴影、损坏等各种因素会造成系统失配，失配通过串并联耦合互相影响，无法保证每一个光伏电池板都工作于最大功率点，使得系统发电量大幅降低，因此解决失配耦合问题，实现每个光伏电池板的最大功率点跟踪是提高光伏发电系统发电效率的重要途径。光伏优化器可以有效地解决失配问题，实现每个光伏电池板的最大功率点跟踪，但普通的光伏优化器需要将整个光伏电池板的能量进行转换，功率高、损耗大、发热严重、成本也变高。因此低成本、低功耗的优化方式就变得尤为重要。CN201710271329.5号中国专利申请公开了一种可以实现分布式MPPT的集中式光伏发电系统，系统中每个光伏组件输出端连接一个光伏优化器，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。但这种优化器连接方式就决定了，优化器需要转化组件的全部功率，具有功率大、损耗较大，发热严重，成本高等缺点；另外，系统需要额外的补偿器，增加了系统成本、控制复杂度。
技术实现思路
本专利技术为解决现有的问题，旨在提供一种串联式光伏优化系统及其控制方法。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案由若干光伏电池板及相同数量的串联式光伏优化器依次串联组成，所述串联式光伏优化器的输入端与光伏电池板的输出端并联，所述串联式光伏优化器的输出端与电池板的输出端串联，若干光伏电池板及相同数量的串联式光伏优化器依次串联后并入直流母线，接入后端的集中变换器。其中，所述串联式光伏优化器为隔离的升降压型DC-DC变换器。本专利技术提供一种基于上述系统的串联式光伏优化系统控制方法，其特征在于包括：步骤一，通过光伏优化器分流出不匹配的能量部分，将所述能量串联到光伏电池板组串中；步骤二，当串联式光伏优化器增大电压后，如果光伏电池板整体功率增大则电压继续增加至光伏电池板整体功率变小为止；而当串联式光伏优化器降低电压后，如果光伏电池板整体功率增加则电压继续降低至光伏电池板整体功率变小为止。步骤一中，每台串联式光伏优化器的输入电压为vmp1、vmp2、……vmpn，则每个光伏电池板的输出功率都为其最大功率ppv1＝vmp1*imp1、ppv2＝vmp2*imp2、……ppvn＝vmpn*impn，组串电流为ist＝min{imp1，imp2，……impn}＝impmin，每台串联式光伏优化器的输入电流为iop1＝imp1-ist、iop2＝imp2-ist、……iopn＝impn-ist，则每台串联式光伏优化器的转换功率为pop1＝vmp1*iop1、pop2＝vmp2*iop2、……popn＝vmpn*iopn。步骤二中，组串电流ist＝impmin，则每台光伏优化器的输出电压为vop1＝pop1/ist、vop2＝pop2/ist、……vopn＝popn/ist，输出电流即为组串电流ist。当系统为多串并联时，因为并联后各串输出电压相等条件的限制，各串的组串电流不再满足ist＝impmin，而是ist≤impmin，并且满足各串输出电压vmp1+vmp2+……vmpn+vop1+vop2+……vopn都相等。和现有技术相比，的本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术所述串联式光伏优化系统具有极高的系统效率，极低的自身损耗，系统全负载范围内的综合变换效率可以达到99.6％以上。在此基础上，系统输出能量与应用传统的优化器相比，预计可以再提高3％～5％(此百分点由现有DC-DC变换器自身的功率变换损失决定)；(2)本专利技术所述串联式光伏优化系统具有低成本、高稳定性特点，由于DC-DC变换器只处理整体发电功率的10％～20％，因此功率部分成本大幅度降低，体积、重量也得到极大的减小；(3)本专利技术所述串联式光伏优化系统适用于一个组串的光伏发电系统，也适用于多个组串并联的光伏发电系统，可实现每个光伏电池板的最大功率点跟踪；(4)串联式光伏优化器通过转换不匹配部分能量，并再次将能量串联到组串中，既可实现每个光伏电池板的最大功率点跟踪，又有效降低了优化器本身的转换功率和损耗，使得整个光伏发电系统转换效率有效提高，发电量增加。附图说明图1为本专利技术一个实施例的结构示意图；参见附图，1011-101n—光伏电池板；103—集中变换器；104—蓄电池、电网或者其他用电负载；1021-102n—串联式光伏优化器；105—直流母线；ubus—集中变换器直流输入侧母线电压；ppv1、ppv2…ppvn—各光伏电池板的输出功率；vmp1、vmp2…vmpn—各光伏电池板的输出电压，也即各光伏电池板最大功率点处电压；imp1、imp2…impn—各光伏电池板的输出电流，也即各光伏电池板最大功率点处电流；pop1、pop2…popn—各串联式光伏优化器的转换功率；iop1、iop2…iopn—各串联式光伏优化器的输入电流；vop1、vop2…vopn—各串联式光伏优化器的输出电压；ist—组串电流。具体实施方式现结合附图对本专利技术作进一步地说明。参见图1，图1展示的是本专利技术的一个实施例，本实施例提供的串联式光伏优化系统100，由n个光伏电池板1011-101n、n表示随机的数，代表1串中电池板的数量，比如10、20等都可以，n个串联式光伏优化器1021-102n和一个集中变换器103构成，其中，串联式光伏优化器1021-102n的输入端与光伏电池板1011-101n的输出端并联，串联式光伏优化器1021-102n的输出端与光伏电池板1011-101n的输出端串联，由此形成直流设备组串106，一个直流设备组串或者多个直流设备组串并联形成高压直流母线105，最后直流母线105再与集中变换器103的输入端相连，集中变换器103的输出端连接蓄电池、电网或者其他用电负载104。系统中加装串联式优化器后，即可实现每个组件的MPPT，又增加了系统的冗余度，使得系统搭配更加灵活方便。串联式光伏优化器102分流一小部分功率即可实现每个光伏电池板的最大功率输出；以多串并联的系统为例，每个串联优化器首先确保对应的组件工作于最大功率点处，为满足串并联耦合的要求，每台优化器会分担小部分功率，以使得组串内各组件及串联优化器输出电流相等，使得各组串的电压相等。在本专利技术中，串联式光伏优化器102为隔离的升降压型DC-DC变换器，例如Flyback、Forward等。集中变换器103用于对新能源发电系统输出功率做MPPT，其可以是DC-DC变换器或并网逆变器，当集中变换本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种串联式光伏优化系统，由若干光伏电池板及相同数量的串联式光伏优化器依次串联组成，其特征在于：所述串联式光伏优化器的输入端与光伏电池板的输出端并联，所述串联式光伏优化器的输出端与电池板的输出端串联，若干光伏电池板及相同数量的串联式光伏优化器依次串联后并入直流母线，接入后端的集中变换器。

【技术特征摘要】
1.一种串联式光伏优化系统，由若干光伏电池板及相同数量的串联式光伏优化器依次串联组成，其特征在于：所述串联式光伏优化器的输入端与光伏电池板的输出端并联，所述串联式光伏优化器的输出端与电池板的输出端串联，若干光伏电池板及相同数量的串联式光伏优化器依次串联后并入直流母线，接入后端的集中变换器。2.根据权利要求1所述的串联式光伏优化系统，其特征在于，所述串联式光伏优化器为隔离的升降压型DC-DC变换器。3.根据权利要求1所述的一种基于上述系统的串联式光伏优化系统控制方法，其特征在于包括：步骤一，通过光伏优化器分流出不匹配的能量部分，将所述能量串联到光伏电池板组串中；步骤二，当串联式光伏优化器增大电压后，如果光伏电池板整体功率增大则电压继续增加至光伏电池板整体功率变小为止；而当串联式光伏优化器降低电压后，如果光伏电池板整体功率增加则电压继续降低至光伏电池板整体功率变小为止。4.根据权利要求3所述的一种串联式光伏优化系统控制方法，其特征在于：步骤一中，每台串联式光伏优化器的输入电压为vmp1、vmp2、……vm...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟令孔，揭东华，宋朝盛，
申请(专利权)人：上海盐巴信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31