含有二次优化的功率优化系统及其优化方法技术方案

本发明专利技术涉及含有二次优化的功率优化系统及其优化方法。多级电压转换器串联，其中每一级电压转换器均将从与之对应的一个直流电源撷取的电能转换成输出功率，多级电压转换器各自的输出电压予以叠加藉此作为直流母线电压，每一级电压转换器均用于将与之对应的一个直流电源的输出电流和输出电压设置在最大功率点，接收多级电压转换器提供的输出功率的能源收集装置，能源收集装置配置的二次优化功能用于将直流母线电压和直流母线电流设置在最大功率点。

Power optimization system with quadratic optimization and its optimization method

The invention relates to a power optimization system with secondary optimization and an optimization method thereof. Multistage voltage converters are connected in series, in which each voltage converter converts the energy captured from a corresponding DC power source into output power. The output voltage of each voltage converter is superimposed as the DC bus voltage. Each voltage converter is used to set the output current and output voltage of a corresponding DC power source to the maximum power. Point, an energy collection device that receives the output power provided by a multistage voltage converter. The secondary optimization function of the energy collection device configuration is used to set the DC bus voltage and DC bus current at the maximum power point.

【技术实现步骤摘要】
含有二次优化的功率优化系统及其优化方法
本专利技术主要涉及到光伏发电领域，更确切的说，是涉及到在含有光伏电池或含有其他类型电池的发电系统中提出了一种对直流电源执行二次功率优化的机制，保障直流电源在可靠运行的前提下实现输出功率最大程度的优化。
技术介绍
光伏发电系统的安装需要付出前期投资，由于光伏组件不匹配具有隐蔽性，许多太阳能发电系统的业主可能忽略或毫不知情光伏组件的不匹配问题，导致投资的回收和利润大幅降低，并造成能源浪费。不匹配的原因是多方面的，主要机理是电压和电流的组合不匹配造成的，局部异物遮蔽和飘动的云朵、附近物体的遮挡、表面污染、不同的安装倾角和安装朝向、老化和温度变化及其他诸多因素，光伏组件的不匹配直接诱发光伏组件产生不平衡的电量损失。结果就是整个发电系统无法运作在最大的输出功率点。在估算太阳能发电系统的整体效能时，通常是假设使用的光伏组件都具有相同的光照辐射度、温度和性能参数。然而在许多情况下，部分遮蔽效应、温度不平衡和安装倾角等因素的不同，都可能造成组件的电流和电压不匹配及系统的效能低下。阴影遮挡造成的功率损失有很多形式，可能是每年中的季节性的或是每天中的几个小时的阴影，不容易被觉察到的功率波动很难被精确预测。预先将功率优化融入到光伏发电系统的设计中，不仅可以改善光伏电站的整体发电效率，延长电站使用寿命和提高投资回报率，还可以提供光伏电站中光伏组件的布局灵活度，最大限度的利用有限的空间。光伏组件输出的最大功率取决于最佳的工作电流乘以最佳的工作电压，在任何既定的工作条件下，存在一个规律：每块光伏组件都存在一个最大的功率点，它对应于光伏组件的最大功率输出量。最大功率点近似是关于电压和电流的指数关系的函数。最大功率追踪的技术方案，譬如中国专利申请201110097292.1披露的功率优化装置被用来监控和优化每块光伏电池板的电能，即使阵列中任意一块电池板出现失配问题，其他的电池仍然能输出最大功率，因而补偿因失配问题而产生的发电量损失。
技术实现思路
在可选的实施例中，本申请披露了一种含有二次优化的功率优化系统，包括：串联的多级电压转换器；每一级电压转换器均将从与之对应的一个直流电源撷取的电能转换成输出功率；多级电压转换器各自的输出电压予以叠加藉此作为直流母线电压；每一级电压转换器均用于将与之对应的一个直流电源的输出电流和输出电压设置在最大功率点；接收多级电压转换器提供的输出功率的能源收集装置，能源收集装置配置的二次优化功能用于将直流母线电压和直流母线电流设置在最大功率点。上述的含有二次优化的功率优化系统，其中：所述能源收集装置至少包括逆变器或为蓄电池充电的充电器。上述的含有二次优化的功率优化系统，其中：所述能源收集装置包括逆变器：在关闭逆变器的二次优化功能时将其视为无最大功率追踪的纯逆变设备；或者在启用逆变器的二次优化功能时将其视为配备有二级最大功率追踪的逆变设备。上述的含有二次优化的功率优化系统，其中：在关闭逆变器的二次优化功能时，多级电压转换器中的每一个都将与之对应的一个直流电源的输出电流和输出电压设置在最大功率点。上述的含有二次优化的功率优化系统，其中：在多级电压转换器中定义第一类电压转换器和第二类电压转换器，它们均包括撷取直流电源提供的电能的第一、第二输入端和提供自身输出功率的第一、第二输出端；在启用逆变器的二次优化功能时，满足：第一类电压转换器将其耦合到与之对应的一个直流电源正极的第一输入端直接短接和直通到第一输出端；以及第一类电压转换器将其耦合到与之对应的一个直流电源负极的第二输入端直接短接和直通到第二输出端。上述的含有二次优化的功率优化系统，其中：在启用逆变器的二次优化功能时，同时还满足：第二类电压转换器均用于将与之对应的一个直流电源的输出电流和输出电压设置在最大功率点。上述的含有二次优化的功率优化系统，其中：在启用逆变器的二次优化功能时，同时还满足：藉由各个第一类电压转换器对应的直流电源的动态变化电压从而实现以电压浮动的形式调制直流母线电压。上述的含有二次优化的功率优化系统，其中：直流电源的类型至少包括燃料电池或光伏组件等。上述的含有二次优化的功率优化系统，其中：由耦合到直流母线上的一个电压调节器控制动态变化的直流母线电压不超出预定的上限值和下限值范围；电压调节器被单独的设置到直流母线上或者集成在所述能源收集装置中。上述的含有二次优化的功率优化系统，其中：在一个或多个第一类电压转换器对应的直流电源发生功率降低事件并引起一个或多个第二类电压转换器的输出电压被强迫抬升至趋于超出规定范围时，第二类电压转换器受其配置的处理器的控制而将输出电压限定在规定范围内的一个预期电压值。上述的含有二次优化的功率优化系统，其中：在一个或多个第一类电压转换器对应的直流电源发生功率降低事件时，一个或多个第二类电压转换器对应的直流电源维持工作在最大功率点状态。上述的含有二次优化的功率优化系统，其中：在一个或多个第一类电压转换器对应的直流电源发生功率降低事件时，一个或多个第二类电压转换器对应的直流电源从最大功率点状态切换到非最大功率点状态；使得进入非最大功率点状态的直流电源输出的对外功率在多级电压转换器对应的一系列直流电源提供的总功率之和中所占的份额降低。上述的含有二次优化的功率优化系统，其中：限定直流母线电压在预定的上限值和下限值范围内浮动，在一个或多个第一类电压转换器对应的直流电源发生功率降低事件导致直流母线电压跌落至趋于接近下限值时；使得一个或多个第二类电压转换器对应的直流电源从最大功率点状态切换到非最大功率点状态，迫使此时多级电压转换器对应的一系列直流电源提供的总功率除以直流母线电压计算出的母线电流下降。上述的含有二次优化的功率优化系统，其中：所述电压转换器包括：串联在接收直流电源提供的电压源的第一和第二输入端之间的第一和第二开关；串联在提供输出电压的第一和第二输出端之间的第三和第四开关；在第一和第二开关间的互连节点与第三和第四开关间的互连节点之间设有电感元件以及第二输入端耦合到第二输出端。在可选的实施例中，本申请披露了一种功率优化方法，其中包括：将多级电压转换器予以串联连接；利用每一级电压转换器撷取与之对应的一个光伏组件的电能并转换成输出功率；叠加多级电压转换器各自的输出电压形成总的串级电压并作为直流母线电压；藉由每一级电压转换器将与之对应的一个光伏组件设定在最大功率点处；通过配置有二次优化功能的能源收集装置收集多级电压转换器提供的输出功率，并且能源收集装置通过选择是否启用二次优化功能而选择是否将直流母线电压和直流母线电流设置在最大功率点处。上述的方法，其中：所述能源收集装置至少包括逆变器或为蓄电池充电的充电器。上述的方法，其中：所述能源收集装置包括逆变器，所述的方法还包括：关闭逆变器的二次优化功能，将其设置成无最大功率追踪的纯逆变设备；或者启用逆变器的二次优化功能，将其设置成配备有二级最大功率追踪的逆变设备。上述的方法，其中：关闭逆变器的二次优化功能，从而，多级电压转换器中的每一个都通过其带有的最大功率跟踪功能而将与之对应的一个光伏组件的输出电流和输出电压设置在最大功率点。上述的方法，其中：在多级电压转换器中定义第一类电压转换器和第二类电压转换器，它们均包括撷取光伏组件提供的电能的第一、第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含有二次优化的功率优化系统，其特征在于，包括：串联的多级电压转换器；每一级电压转换器均将从与之对应的一个直流电源撷取的电能转换成输出功率；多级电压转换器各自的输出电压予以叠加藉此作为直流母线电压；每一级电压转换器均用于将与之对应的一个直流电源的输出电流和输出电压设置在最大功率点；接收多级电压转换器提供的输出功率的能源收集装置，能源收集装置配置的二次优化功能用于将直流母线电压和直流母线电流设置在最大功率点。

【技术特征摘要】
1.一种含有二次优化的功率优化系统，其特征在于，包括：串联的多级电压转换器；每一级电压转换器均将从与之对应的一个直流电源撷取的电能转换成输出功率；多级电压转换器各自的输出电压予以叠加藉此作为直流母线电压；每一级电压转换器均用于将与之对应的一个直流电源的输出电流和输出电压设置在最大功率点；接收多级电压转换器提供的输出功率的能源收集装置，能源收集装置配置的二次优化功能用于将直流母线电压和直流母线电流设置在最大功率点。2.根据权利要求1所述的含有二次优化的功率优化系统，其特征在于：所述能源收集装置至少包括逆变器或为蓄电池充电的充电器。3.根据权利要求1所述的含有二次优化的功率优化系统，其特征在于：所述能源收集装置包括逆变器：在关闭逆变器的二次优化功能时将其视为无最大功率追踪的纯逆变设备；或者在启用逆变器的二次优化功能时将其视为配备有二级最大功率追踪的逆变设备。4.根据权利要求3所述的含有二次优化的功率优化系统，其特征在于：在关闭逆变器的二次优化功能时，多级电压转换器中的每一个都将与之对应的一个直流电源的输出电流和输出电压设置在最大功率点。5.根据权利要求3所述的含有二次优化的功率优化系统，其特征在于：在多级电压转换器中定义第一类电压转换器和第二类电压转换器，它们均包括撷取直流电源提供的电能的第一、第二输入端和提供自身输出功率的第一、第二输出端；在启用逆变器的二次优化功能时，满足：第一类电压转换器将其耦合到与之对应的一个直流电源正极的第一输入端直接短接和直通到第一输出端；以及第一类电压转换器将其耦合到与之对应的一个直流电源负极的第二输入端直接短接和直通到第二输出端。6.根据权利要求5所述的含有二次优化的功率优化系统，其特征在于：在启用逆变器的二次优化功能时，还满足：第二类电压转换器均用于将与之对应的一个直流电源的输出电流和输出电压设置在最大功率点。7.根据权利要求5所述的含有二次优化的功率优化系统，其特征在于：在启用逆变器的二次优化功能时，还满足：藉由各个第一类电压转换器对应的直流电源的动态变化电压从而实现以电压浮动的形式调制直流母线电压。8.根据权利要求7所述的含有二次优化的功率优化系统，其特征在于：直流电源的类型至少包括燃料电池或光伏组件。9.根据权利要求7所述的含有二次优化的功率优化系统，其特征在于：由耦合到直流母线上的一个电压调节器控制动态变化的直流母线电压不超出预定的上限值和下限值范围；电压调节器被单独的设置到直流母线上或者集成在所述能源收集装置中。10.根据权利要求6所述的含有二次优化的功率优化系统，其特征在于：在一个或多个第一类电压转换器对应的直流电源发生功率降低事件并引起一个或多个第二类电压转换器的输出电压被强迫抬升至趋于超出规定范围时，第二类电压转换器受其配置的处理器的控制而将输出电压限定在规定范围内的一个预期电压值。11.根据权利要求6所述的含有二次优化的功率优化系统，其特征在于：在一个或多个第一类电压转换器对应的直流电源发生功率降低事件时，一个或多个第二类电压转换器对应的直流电源维持工作在最大功率点状态。12.根据权利要求6所述的含有二次优化的功率优化系统，其特征在于：在一个或多个第一类电压转换器对应的直流电源发生功率降低事件时，一个或多个第二类电压转换器对应的直流电源从最大功率点状态切换到非最大功率点状态；使得进入非最大功率点状态的直流电源输出的对外功率在多级电压转换器对应的一系列直流电源提供的总功率之和中所占的份额降低。13.权利要求6所述的含有二次优化的功率优化系统，其特征在于：限定直流母线电压在预定的上限值和下限值范围内浮动，在一个或多个第一类电压转换器对应的直流电源发生功率降低事件导致直流母线电压跌落至趋于接近下限值时；使得一个或多个第二类电压转换器对应的直流电源从最大功率点状态切换到非最大功率点状态，迫使此时多级电压转换器对应的一系列直流电源提供的总功率除以直流母线电压计算出的母线电流下降。14.根据权利要求1所述的含有二次优化的功率优化系统，其特征在于：所述电压转换器包括：串联在接收直流电源提供的电压源的第一和第二输入端之间的第一和第二开关；串联在提供...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永，胡晓磊，
申请(专利权)人：丰郅上海新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31