高效率的光伏發電系統以及發電方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于太陽能利用技術領域，具體涉及一種高效率的光伏發電系統以及發電方法。
【背景技術】
[0002]在太陽能光伏發電系統中，光伏電池通常需要將多個光伏組件串聯，以滿足用戶對電壓或功率的要求。如圖1所示，為典型的光伏發電系統的結構示意圖，多個光伏組件串聯后，接入DC-DC變換器，然后通過母線電容濾波、穩壓后，接入逆變器，從而將直流電轉換為交流電，饋入電網。
[0003]然而，當光伏組件串聯連接時，光伏電池總輸出電流由電流輸出最小的光伏組件決定，而總輸出電壓為各光伏組件電壓之和；而由于各片光伏組件性能不可能絕對一致，并且，光伏組件在實際應用中，還存在被周圍建筑物、樹木或電線桿等遮擋情況，因此，串聯后的光伏電池輸出總功率往往小于各個單體太陽能電池輸出功率之和，從而降低了光伏電池發電量。
【發明內容】
[0004]針對現有技術存在的缺陷，本發明提供一種高效率的光伏發電系統以及發電方法，可有效解決上述問題。
[0005]本發明采用的技術方案如下:
[0006]本發明提供一種高效率的光伏發電系統，包括:光伏陣列、DC-DC變換器和逆變器;
[0007]所述光伏陣列由(m+n)個光伏組件串聯而成，其中，m、n均為自然數；將所述(m+n)個光伏組件依次記為:光伏組件1、光伏組件2...光伏組件η...光伏組件(m+n);將光伏組件1、光伏組件2…光伏組件η記為第I光伏組串；將光伏組件η+1、光伏組件η+2…光伏組件(m+n)記為第2光伏組串，將所述第I光伏組串和所述第2光伏組串的連接點記為連接點M3 ；
[0008]所述DC-DC變換器包含上橋電路、下橋電路，所述上橋電路輸入的正極形成所述DC-DC變換器輸入正極P1，所述上橋電路輸入的負極和所述下橋電路輸入的正極連接在一起，形成所述DC-DC變換器輸入中點M1，所述下橋電路輸入的負極形成所述DC-DC變換器輸入負極NI ;所述上橋電路輸出形成所述DC-DC變換器輸出正極P2，所述上橋電路輸出的負極和所述下橋電路輸出的正極連接在一起，形成所述DC-DC變換器輸出中點M2，所述下橋電路輸出的負極形成所述DC-DC變換器輸出負極N2 ；
[0009]所述第I光伏組串的正極與所述DC-DC變換器輸入正極Pl連接，所述第I光伏組串的負極與所述DC-DC變換器輸入中點Ml連接；所述第2光伏組串的正極與所述DC-DC變換器輸入中點Ml連接，所述第2光伏組串的負極與所述DC-DC變換器輸入負極NI連接；所述DC-DC變換器輸出與逆變器的輸入連接。
[0010]優選的，所述第I光伏組串和所述第2光伏組串、以及所述DC-DC變換器構成光伏直流變換系統，所述逆變器輸入與I個或多個所述光伏直流變換系統的輸出連接。
[0011]優選的，所述第I光伏組串和所述第2光伏組串所包含的光伏組件的數量相同或不相同。
[0012]優選的，所述上橋電路包含第I電感L1、第I有源開關SI，第I 二極管Dl和第I母線電容Cl ;第I電感LI 一端與所述DC-DC變換器正極Pl連接，另一端和第I有源開關SI的一端連接，第I有源開關SI的另一端和與所述DC-DC變換器的輸入中點Ml和輸出中點M2連接，第I 二極管Dl的陽極與第I電感LI和第I有源開關SI的公共點連接，另一端與所述DC-DC變換器的輸出正極P2連接，第I母線電容Cl 一端和輸出正極P2連接，另一端和輸出中點M2連接。
[0013]優選的，所述下橋電路包含第2電感L2、第2有源開關S2、第2 二極管D2和第2母線電容C2 ;第2電感L2 —端與所述DC-DC變換器負極NI連接，另一端和第2有源開關S2的一端連接，第2有源開關S2的另一端和與所述DC-DC變換器的輸入中點Ml和輸出中點M2連接，第2 二極管D2的陰極與第2電感L2和第2有源開關S2的公共點連接，另一端與所述DC-DC變換器的輸出負極N2連接，第2母線電容C2 —端和輸出中點M2連接，另一端和輸出負極N2連接。
[0014]優選的，還包括:MPPT控制器、驅動隔離電路、第I光伏組串輸出電壓采集電路、第2光伏組串輸出電壓采集電路、第I光伏組串輸出電流采集電路、第2光伏組串輸出電流采集電路、上橋電路輸出電壓采集電路和下橋電路輸出電壓采集電路；
[0015]所述第I光伏組串輸出電壓采集電路、所述第2光伏組串輸出電壓采集電路、所述第I光伏組串輸出電流采集電路、所述第2光伏組串輸出電流采集電路、所述上橋電路輸出電壓采集電路和所述下橋電路輸出電壓采集電路均反饋連接到所述MPPT控制器的輸入端，所述MPPT控制器的輸出端通過所述驅動隔離電路分別與所述上橋電路的功率控制端和所述下橋電路的功率控制端連接。
[0016]本發明還提供一種高效率的光伏發電方法，包括:
[0017]逆變器開機工作后，DC-DC變換器初始化，母線電壓初始值Vo穩定在設定值Vset ；然后，MPPT控制器實時采集得到上橋電路輸出電壓Vol和下橋電路輸出電壓Vo2，并判斷上橋電路輸出電壓Vol和下橋電路輸出電壓Vo2的差值是否在設定值AV之內；如果判斷結果為是，MPPT控制器工作于正常的MPPT狀態；否則，MPPT控制器根據內部約束條件，控制DC-DC變換器從上橋電路和下橋電路中選擇一路橋電路進行ΜΡΡΤ，另一路不再MPPT ；如果后級逆變器調節上橋電路輸出電壓Vol和下橋電路輸出電壓Vo2，則Vol和Vo2由逆變器控制；如果后級逆變器不調節上橋電路輸出電壓Vol和下橋電路輸出電壓Vo2，則Vol和Vo2根據DC-DC變換器上橋電路和下橋電路各自的功率進行分配。
[0018]本發明的擴展技術方案如下:
[0019]本發明提供一種高效率的光伏發電系統，包括:光伏陣列、DC-DC變換器和逆變器;
[0020]所述光伏陣列由(a*b)個光伏組件串聯而成，其中，a、b均為自然數；將所述(a*b)個光伏組件依次記為:光伏組件1、光伏組件2...光伏組件(a*b);將光伏組件1、光伏組件2…光伏組件b記為第I光伏組串；將光伏組件b+Ι、光伏組件b+2...光伏組件(2*b)記為第2光伏組串，依次類推，總共有a個光伏組串；
[0021]所述DC-DC變換器包括a個MPPT功率變換單元；每個所述MPPT功率變換單元的輸入端與I個所述光伏組串連接；每個所述MPPT功率變換單元的輸出端與其它MPPT功率變換單元的輸出端采用首尾相連式的方式串聯；所述a個MPPT功率變換單元串聯后，新形成的輸出端與所述逆變器直流輸入端并聯連接；所述MPPT功率變換單元獨立跟蹤每個光伏組串的最大功率，實現整個組串的最大功率輸出。
[0022]本發明提供的高效率的光伏發電系統以及發電方法，具有以下優點:
[0023](I)將串聯的光伏組串分為多個子組串，一個DC-DC變換器的多組獨立控制電路可以對每個子組串進行最大功率點跟蹤MPPT，因此，當某個子組串的組件存在嚴重老化、污穢或陰影遮擋等問題，而導致該光伏組件輸出電流下降時，只有該子組串的輸出功率受影響，而其他子組串保持原有的輸出功率不變，從而有效減少了組件串聯時電流或功率失配的影響，有效提高整體組串的發電量；
[0024](2) DC-DC變換器由于采用上橋電路和下橋電路的連接方式，上橋電路和下橋電路可以選用耐壓較低的功率器件，提高效率。
[0025](3)通過一個DC-DC變換器的兩個控制電路獨立對兩個子組串進行功率優化，相對于一個DC-DC變換器對一個子組串進行功率優化，降低了變換器成本及組串與變換器之間電纜的成本，簡化了工程施工。
【附圖說明】
[0026]圖1為現有技術提供的太陽能光伏發電系統的結構示意圖；
[0027]圖2為本發明實施案例提供的太陽能光伏發電系統在只有一個光伏陣列時的結構原理示意圖；
[0028]圖3為本發明實施案例提供的太陽能光伏發電系統在具有多個光伏陣列時的結構原理示意圖；
[0029]圖4為本發明實施案例提供的太陽能光伏發電系統的具體電路示意圖；
[0030]圖5為本發明實施案例提供的高效率的光伏發電方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0031]實施案例
[0032]本發明提供一種高效率的光伏發電系統，包括:光伏陣列、DC-DC變換器和逆變器;
[0033]光伏陣列由(m+n)個光伏組件串聯而成，其中，m、η均為自然數；將該(m+n)個光伏組件依次記為:光伏組件1、光伏組件2...光伏組件η...光伏組件(m+n);將光伏組件1、光伏組件2...光伏組件η記為第I光伏組串；將光伏組件η+1、光伏組件η+2...光伏組件(m+n)記為第2光伏組串，將第I光伏組串和所述第2光伏組串的連接點記為連接點M3 ;
[0034]DC-DC變換器包含上橋電路、下橋電路，上橋電路輸入的正極形成所述DC-DC變換器輸入正極P1，上橋電路輸入的負極和下橋電路輸入的正極連接在一起，形成DC-DC變換器輸入中點M1，下橋電路輸入的負極形成DC-DC變換器輸入負極NI ;上橋電路輸出形成DC-DC變換器輸出正極P2，上橋電路輸出的負極和下橋電路輸出的正極連接在一起，形成DC-DC變換器輸出中點M2，下橋電路輸出的負極形成DC-DC變換器輸出負極N2 ；
[0035]第I光伏組串的正極與DC-DC變換器輸入正極Pl連接，第I光伏組串的負極與所述DC-DC變換器輸入中點Ml連接；第2光伏組串的正極與所述DC-DC變換器輸入中點Ml連接，所述第2光伏組串的負極與所述DC-DC變換器輸入負極NI連接；DC-DC變換器輸出與逆變器的輸入連接；
[0036]因此，在本發明中，第I光伏組串與DC-DC變換器中上橋電路連接，則上橋電路電路可以單獨跟蹤第I光伏組串的最大功率；同理，第2光伏組串與DC-DC變換器中下橋電路連接，則下橋電路電路可以單獨跟蹤第2光伏組串的最大功率。因此，當某個組串的組件存在嚴重老化、污穢或陰影遮擋等問題，而導致該光伏組件輸出電流下降時，只有該組串的輸出功率受影響，而另一個組串保持原有的輸出功率不變，從而有效減少了組件串聯時電流或功率失配的影響，有效提高整體組串的發電量。而且，DC-DC變換器由于采用上橋電路和下橋電路的連接方式，上橋電路和下橋電路可以選用耐壓較低的功率器件，提高效率。
[0037]基于上述思想，提出了圖2中的發明專利。
[0038]第I光伏組件組串、第2光伏組件組串、DC-DC變換器構成光伏直流變換系統。實際上，逆變器輸入可以由多個類似的光伏直流變換系統的輸出連接，形成圖3中的系統結構。
[0039]圖4為本發明中，DC-DC變換器的一種實現方式:
[0040]上橋電路包含第I電感L1、第I有源開關SI，第I 二極管Dl和第I母線電容Cl ；第I電感LI 一端與所述DC-D