电源变换装置及最大功率点跟踪控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种电源变换装置及最大功率点跟踪控制方法元，涉及光伏发电领域，通过采样连接光伏组件的升压隔离DC/DC变换器的输出端的母线输出电流和母线电压实现光伏组件的最大功率点跟踪控制，将用于追踪光伏组件的最大功率点所需的信号的采样电路由变压器的原边侧移动到了变压器的副边侧，而可以采用较大阻值的采样电阻，以提高采样精度，且损耗也不大，因此可兼具电流采样的精度高和损耗低的优点，设计难度大大降低，并且采用采样电阻的非隔离采样方式的采样延时也较小，控制的实时性更好。更好。更好。

【技术实现步骤摘要】
电源变换装置及最大功率点跟踪控制方法


[0001]本专利技术涉及光伏发电领域，尤其是电源变换装置及最大功率点跟踪控制方法。

技术介绍

[0002]在常规能源短缺日益严重的当下，光伏发电作为一种节能环保的绿色发电方式，无论在国内还是国外都逐渐被推广使用。
[0003]光伏组件（也即通常所说的太阳能光伏板）将接收到的光照转换成以直流电形成存在的电能，然后变换器将直流电转换为另一直流电而为直流负载供电，或将直流电转换为交流电并网或为交流负载供电。
[0004]众所周知，光伏组件的输出功率受光照影响，为获得最大功率输出，光伏组件的最大功率跟踪成为光伏发电的一个核心技术，并随着技术的进步，产品的迭代，已经成为了光伏发电（如光伏单相逆变器，优化器，光伏控制盒等）产品中必不可却，且成熟的技术。
[0005]请参阅图1所示的常规光伏组件的PV曲线示意图，可以看到光伏组件的最大功率点只有一个，且与光伏组件的电压相关。现有技术中，通常通过采样光伏组件（PV）的电压和电流，通过计算光伏组件的功率，扰动光伏组件的电压，从而实现追踪光伏组件的最大功率点工作的目的。
[0006]对于传统组串式单相逆变器，将光伏组件串联起来获得高压之后进单相逆变器，后级的单相逆变器广泛的使用boost电路作为前级，之后再将高压直流逆变后进电网。由于boost电路和逆变电路均为非隔离变换器，控制器和boost电路共地，因此可以直接使用低成本的电阻加运放的采样方式获取光伏组件串的电压和电流，以实现光伏组件的最大功率点追踪。
[0007]随着各国对于光伏发电安全的重视度增加，优化器、微型单相逆变器很快进入大家视野，特别是微型单相逆变器，因能实现低压隔离、组件级的最大功率跟踪和监控，越来越受到人们的青睐。
[0008]由于单块光伏组件的输出电压较低，传统的前级boost加后级逆变器的方案，由于boost升压比高，转换效率低等缺点越专利技术显。所以对于连接单块光伏组件的微型单相逆变器而言，行业里大部分都选择了高频隔离的方案比如反激，LLC，推挽（push
‑
pull）等电路作为前级，利用高频变压器自带的匝比实现高升压。这种高频隔离的方案，将光伏组件和逆变器隔离开来。请参阅图2所示的典型的微型单相逆变器示意图，光伏组件210和逆变器220被高频隔离变换器230中的高频变压器231隔离开来。
[0009]由于光伏组件210和逆变器220是隔离的关系，目前的系统方案有采用一颗DSP和采用两颗DSP进行控制的两种方案。
[0010]其中采用一个DSP的方案为：将控制器240放在光伏组件210侧的低压侧，使用电阻加运放的方式采样光伏组件210的电压Vpv和电流Ipv，使用隔离采样的方式采样交流电压Vac和交流电流Iac；或为：将控制器240放在高压的逆变器220侧，使用电阻加运放的方式采样交流电压Vac和交流电流Iac，同时使用隔离采样光伏组件210的电压Vpv和电流Ipv，并且
使用隔离驱动的方式驱动高频隔离变换器230中光伏组件210侧的低压侧的开关管，请参阅图3所示的典型的微型单相逆变器示意图。
[0011]这里，光伏组件210的电压Vpv和电流Ipv用于最大功率算法控制，逆变器逆变侧的交流电压Vac和交流电流Iac用于逆变器220的控制。可以看到，无论将控制器240放到光伏组件210侧还是逆变器220所在的交流侧，都必须要采用隔离采样，来获取控制器不在的那一侧的电压和电流。
[0012]目前的隔离采样包括光隔离采样、容隔离采样以及磁隔离采样，相比于电阻加运放的非隔离（或称直接采样）成本都会贵非常多、且体积大，并且隔离采样会引入采样延时，给控制带来不便。
[0013]其中采用两颗DSP进行控制的方案为：一颗控制器（DSP1）放到光伏组件侧，一颗控制器（DSP2）放到逆变器所在的交流侧，分别直接采样最大功率电跟踪需要的电信号，以及逆变控制需要的电信号，之后通过光耦隔离通讯让DSP1和DSP2互通信息，这种方案虽然避免了采用隔离采样，但需要两颗DSP，成本增加不少，外围电路增加也较多。
[0014]另外，光伏组件的功率等级通常为几百瓦，如常用的600W。光伏组件的电压Vpv通常为几十伏，如二十几伏或三十几伏，则光伏组件的电流Ipv通常为几十安，如二十安到三十安之间。为实现最大功率电跟踪，在采样光伏组件的电流Ipv的电流时，如果为电阻加运放的非隔离采样方式，如为获得精准的采样，需要采用较大阻值的采样电阻，则会导致采样损耗很大，而如为减少损耗，需要采用较小阻值的采样电阻，则会导致采样精度不够。因此现有技术，还存在光伏组件的电流Ipv采样在精度和损耗之间不能兼具的缺点，导致设计难度大。

技术实现思路

[0015]本专利技术提出一种应用于光伏系统中的电源变换装置，包括：第一升压隔离DC/DC变换器，包括变压器，所述第一升压隔离DC/DC变换器的输入端用于连接一第一光伏组件，所述第一升压隔离DC/DC变换器的输出端用于一直流母线；控制器，接收所述直流母线的母线电压和所述第一升压隔离DC/DC变换器输出的母线输出电流，根据所述母线电压和所述第一升压隔离DC/DC变换器输出的母线输出电流输出控制所述第一升压隔离DC/DC变换器工作的开关控制信号控制，以进行所述第一光伏组件的最大功率点跟踪控制。
[0016]更进一步的，所述控制器与所述变压器的副边绕组共地。
[0017]更进一步的，控制所述第一升压隔离DC/DC变换器的所述开关控制信号控制使得所述第一升压隔离DC/DC变换器输出的母线输出电流最大化。
[0018]更进一步的，所述控制器包括：第一乘法运算模块，将所述母线电压和所述第一升压隔离DC/DC变换器的母线输出电流做乘法运算，得到所述第一升压隔离DC/DC变换器的当前输出功率；最大功率点跟踪控制模块，根据所述第一升压隔离DC/DC变换器的当前输出功率与前一时刻输出功率的差值，得到所述第一升压隔离DC/DC变换器的额定电流变化系数；第二乘法运算模块，将所述第一升压隔离DC/DC变换器的额定电流变化系数与所述第一升压隔离DC/DC变换器的额定电流做乘法运算，得到所述第一升压隔离DC/DC变换器的母线输出电流参考值；第一减法运算模块，将所述第一升压隔离DC/DC变换器的母线输出电流参考值与所述第一升压隔离DC/DC变换器的母线输出电流做减法运算，得到所述第一升压隔离
DC/DC变换器的母线输出电流差值；第一运算单元，根据所述第一升压隔离DC/DC变换器的母线输出电流差值输出控制所述第一升压隔离DC/DC变换器的所述开关控制信号。
[0019]更进一步的，还包括逆变器，所述逆变器的直流端连接所述直流母线，所述逆变器的交流端用于输出交流电。
[0020]更进一步的，所述控制器还接收所述逆变器输出的交流电的交流电流和交流电压，并且根据所述母线电压、所述交流电流和所述交流电压输出控制所述逆变器工作的开关控制信号。
[0021]更进一步的，所述控制器还包括：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于光伏系统中的电源变换装置，其特征在于，包括：第一升压隔离DC/DC变换器，包括变压器，所述第一升压隔离DC/DC变换器的输入端用于连接一第一光伏组件，所述第一升压隔离DC/DC变换器的输出端用于一直流母线；控制器，接收所述直流母线的母线电压和所述第一升压隔离DC/DC变换器输出的母线输出电流，根据所述母线电压和所述第一升压隔离DC/DC变换器输出的母线输出电流输出控制所述第一升压隔离DC/DC变换器工作的开关控制信号控制，以进行所述第一光伏组件的最大功率点跟踪控制。2.根据权利要求1所述的应用于光伏系统中的电源变换装置，其特征在于，所述控制器与所述变压器的副边绕组共地。3.根据权利要求1所述的应用于光伏系统中的电源变换装置，其特征在于，控制所述第一升压隔离DC/DC变换器的所述开关控制信号控制使得所述第一升压隔离DC/DC变换器输出的母线输出电流最大化。4.根据权利要求1或3所述的应用于光伏系统中的电源变换装置，其特征在于，所述控制器包括：第一乘法运算模块，将所述母线电压和所述第一升压隔离DC/DC变换器的母线输出电流做乘法运算，得到所述第一升压隔离DC/DC变换器的当前输出功率；最大功率点跟踪控制模块，根据所述第一升压隔离DC/DC变换器的当前输出功率与前一时刻输出功率的差值，得到所述第一升压隔离DC/DC变换器的额定电流变化系数；第二乘法运算模块，将所述第一升压隔离DC/DC变换器的额定电流变化系数与所述第一升压隔离DC/DC变换器的额定电流做乘法运算，得到所述第一升压隔离DC/DC变换器的母线输出电流参考值；第一减法运算模块，将所述第一升压隔离DC/DC变换器的母线输出电流参考值与所述第一升压隔离DC/DC变换器的母线输出电流做减法运算，得到所述第一升压隔离DC/DC变换器的母线输出电流差值；第一运算单元，根据所述第一升压隔离DC/DC变换器的母线输出电流差值输出控制所述第一升压隔离DC/DC变换器的所述开关控制信号。5.根据权利要求1所述的应用于光伏系统中的电源变换装置，其特征在于，还包括逆变器，所述逆变器的直流端连接所述直流母线，所述逆变器的交流端用于输出交流电。6.根据权利要求5所述的应用于光伏系统中的电源变换装置，其特征在于，所述控制器还接收所述逆变器输出的交流电的交流电流和交流电压，并且根据所述母线电压、所述交流电流和所述交流电压输出控制所述逆变器工作的开关控制信号。7.根据权利要求6所述的应用于光伏系统中的电源变换装置，其特征在于，所述控制器还包括：第二减法运算模块，将母线电压参考值与所述母线电压做减法运算，得到母线电压差值；第二运算模块，根据所述母线电压差值得到所述交流电流变化系数；锁相控制模块，根据所述交流电压输出经锁相之后的正弦波；第三乘法运算模块，将所述经锁相之后的正弦波、所述交流电流变化系数以及交流电流峰值做乘法运算，得到交流电流参考值；
第三减法运算模块，将所述交流电流参考值与所述交流电流做减法运算，得到交流电流差值；第三运算单元，根据所述交流电流差值输出控制所述逆变器的开关控制信号。8.根据权利要求1所述的应用于光伏系统中的电源变换装置，其特征在于，还包括：第二升压隔离DC/DC变换器，包括变压器，所述第二升压隔离DC/DC变换器的输入端用于连接一第二光伏组件，所述第二升压隔离DC/DC变换器的输出端用于所述直流母线；所述控制器还接收所述第二升压隔离DC/DC变换器的母线输出电流，根据所述母线电压和所述第二升压隔离DC/DC变换器的母线输出电流输出控制所述第二升压隔离DC/DC变换器工作的开关控制信号控制，以进行所述第二光伏组件的最大功率点跟踪控制。9.根据权利要求8所述的应用于光伏系统中的电源变换装置，其特征在于，控制所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑崇峰，彭健，
申请(专利权)人：麦田能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：