[發明專利]分布式最大功率點跟蹤系統、結構和處理

有效

• 申請號: 200880012905.3
• 申請日: 2008-03-27
• 公開（公告）號: CN101953051A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發明（設計）人: 阿吉爾·E·謝弗二世;羅納德·M·紐道爾
• 申請（專利權）人: 紐道爾企業有限責任公司
• 主分類號: H02J7/14
• 分類號: H02J7/14;H02N6/00
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 徐金國

技術領域

本發明涉及電源逆變器系統領域。更具體而言，本發明涉及分布式電源系統結構、操作和控制，以及增強的逆變器系統、結構和處理。

背景技術

太陽能電力是清潔的可再生能源，對于該行星的未來而言也日益變得重要。利用光伏(PV)面板上的許多光伏電池，借助于光電效應將來自太陽的能量轉化成電能。來自PV面板的電力是直流(DC)的，而現代的實用電網要求的是交流(AC)電。來自PV面板的DC電必須被轉化為具有適當質量的AC電，并被注入到電網中。太陽能逆變器實現這一任務。

有益的是提供一種用于改善電源逆變器的效率的結構、系統和過程，如用于太陽能面板系統。這種發展將實現重大的技術進步。

為了使獲得的電量最大化，大部分太陽能逆變器實施最大功率點跟蹤(MPPT)算法。這些算法將PV面板的整個陣列作為單體來處理，將所有的PV面板平均化，優選是面向最弱鏈路。

因此還優選提供一種結構、系統和過程，用于將任何太陽能PV系統的效率和收獲能力最大化，并使該系統的所有者因利潤和最大收益而獲利。

目前在分布式產生和可持續能量系統中發揮作用的DC能源的三個具體例子有光伏(PV)面板、燃料電池組和各種化學蓄電池(battery)。這些DC能源都是基礎“電池(cell)”的串聯和并聯連接。這些電池都在低DC電壓下工作，范圍從低于1V(對于PV電池)到3或4V(對于鋰電池)。這些低電壓無法與現有的較高電力系統良好協作，因此將這些電池串聯連接，以創建具有較高的終端電壓的模塊。然后，并聯的模塊將增加的功率電平提供給逆變器，以轉換成AC電。

這些長長的電池串為它們帶來很多復雜性。盡管當前的示例討論的重點放在PV面板上，然而對于其他的DC電源來說，其他電力系統和設備經常是類似實現的。

一種問題是當即使PV陣列中的單個電池受到遮蔽或者處于昏暗的時候發生的。在受到遮蔽的電池中產生的光電流可能下降到其他電池的大約23.2％。受到遮蔽的電池受到該串中的剩余電池的反向偏壓，同時電流繼續流過該受到遮蔽的電池，產生大量的局部電力耗散。該電力被轉化成熱量，該熱量進而降低面板的電力輸出能力。通常平行設置在每24個電池周圍(在制造商之間可能會發生變化)的旁通二極管將反向偏置電壓、以及受到遮蔽的電池中的電力耗散限制為由周圍的半個面板產生的反向偏置電壓和電力耗散。然而，來自該子串的所有電力丟失，同時電流流入旁通二極管。而且，旁通二極管也浪費了來自流經面板的整個串電流的電力。整個串的輸出電壓也受到了負面影響，引起該系統中的更大的不平衡。

傳統模塊MPP電流可能會因為其它的原因而變得不平衡。串中的PV面板都不是相同的。因為串聯串中的每一個PV面板被限制為傳導與該串中的其它PV面板相同的電流，所以最低效率的模塊設定最大串電流，從而將陣列的總的效率降低到這一PV面板的效率。出于類似的原因，傳統上要求以相同的方位安裝串中的各PV面板，并且這些面板具有相同的尺寸。這并不是始終可行或者期望的，如出于審美或者其它建筑原因。

在標準的太陽能陣列布線中，太陽能面板的幾個串聯串被彼此并行地布線，以增加功率。如果在這些并行串中存在不平衡，則電流從較高電勢串流向較低電勢串，而不是流向逆變器。正像在面板內匹配各電池非常重要一樣，也必需在串內匹配各面板，然后使這些串匹配，以從太陽能陣列得到最大的收獲。如果環境條件發生小的波動，其可能會對系統整體產生很大的影響。

在太陽能逆變器執行傳統的MPPT功能時，太陽能逆變器也將整個陣列“平均化”。但是，這并不是真正的平均化，因為存在偏向系統中的最弱連接點的偏向性。這意味著即使一些面板可能能夠提供它們的100％的額定功率，然而由于算法的平均效應以及流過較弱的串、面板和/或電池的電流，該系統將僅僅收獲該功率的一部分。

因此有益的是提供一種采用將從串、面板和/或電池收獲的功率最大化的算法的手段。這樣的改進將給動力電池結構、方法和/系統的效率和成本效率帶來顯著進步。

發明內容