[發明專利]集中-分布混合式新能源發電系統及最大功率點跟蹤控制方法

有效

• 申請號: 201110410080.4
• 申請日: 2011-12-09
• 公開（公告）號: CN103166239A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 吳紅飛;高峰;常東升;邢巖
• 申請（專利權）人: 上海康威特吉能源技術有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;G05F1/67
• 代理公司: 上海天翔知識產權代理有限公司 31224
• 代理人: 劉粉寶

技術領域

本發明屬新能源發電技術領域，具體涉及的是串聯模塊結構新能源發電系統以及該系統相對應的集中-分布混合式最大功率點跟蹤控制方法，本發明尤其適用于光伏發電并網發電系統和熱電發電系統等。

背景技術

發展和利用太陽能、熱電等新型能源發電技術是應對能源和環境危機的重要舉措。由于新能源發電設備成本高且能量轉換效率低，極大增加了發電成本，限制了新能源發電技術的推廣和應用。下面以太陽能光伏發電系統為例來說明本發明的應用背景。

光伏并網發電是太陽能發電應用最主要的方式，據統計，全世界超過90％的光伏發電設備安裝容量為并網應用，這是因為并網應用相對獨立光伏系統有成本低和免維護等優勢。按照光伏組件實現最大功率跟蹤(Maximum?Power?Point?Tracking，MPPT)的方式，光伏并網發電系統分為集中式和分布式兩種類型。分布式MPPT系統可以保證每個光伏組件工作在各自的最大功率點，解除各個組件直接串并聯連接時存在的電壓或電流耦合，消除光伏組件之間特性不一致或環境條件不一致時因為彼此相互影響導致的發電量降低問題，改善系統發電效率，同時提高系統可靠性高，因而受到廣泛關注。

目前基于分布式MPPT的光伏并網發電系統包括：(1)基于微逆變器的交流模塊式系統；(2)基于高壓直流模塊輸出側并聯的光伏并網發電系統；(3)基于低壓直流模塊輸出側串聯的光伏并網發電系統。由于光伏組件輸出功率小、輸出電壓低，微逆變器或者高壓直流模塊通常需要借助變壓器或耦合電感等實現高升壓比，以滿足電網電壓需求，導致變換器拓撲結構復雜、效率降低、可靠性降低、成本增加。分布式串聯光伏并網發電系統中，多個新能源發電模塊輸出側串聯形成高壓直流，新能源發電模塊中的DC-DC變換器自身不需要高升壓，因此可以采用基本的Buck、Boost或Buck/Boost變換器實現，具有效率高、可靠性高等優點。但是基本Buck、Boost或Buck/Boost變換器的變換效率與輸入輸出電壓的差值有關，輸入輸出電壓相差越大，其效率越低，為了使整個系統獲得最優的發電效率，需要通過并網逆變器實時調整輸入側直流母線電壓，使得新能源發電模塊中的DC-DC變換器輸入輸出電壓接近。然而，并網逆變器無法直接獲得每個新能源發電模塊輸出電壓值，無法確定合適的輸入側直流母線電壓值。通過為所有新能源發電模塊和并網逆變器加入通信系統的方式，可以使并網逆變器獲得所有直流模塊的輸出電壓，從而設置合適的直流母線電壓值，但系統成本高，且系統運行需要依賴通信，可靠性差。

發明內容

本發明針對現有新能源發電系統成本高且能量轉換效率低等問題，提供一種集中-分布混合式新能源發電系統，同時還提供一種針對分布式串聯模塊式新能源發電系統的集中-分布混合式最大功率點跟蹤控制方法。本發明通過將集中變換器的集中式最大功率跟蹤控制與新能源發電模塊的分布式最大功率跟蹤控制相結合，使得集中變換器自動設定在最優的輸入側直流母線電壓值，改善新能源發電系統的系統效率，達到提高發電量的目的。

為了達到上述目的，本發明采用如下的技術方案：

集中-分布混合式新能源發電系統，該系統包括至少一個直流模塊組串和一個集中變換器，所有直流模塊組串的輸出端并聯形成高壓直流母線，并與集中變換器的輸入端相連，所述直流模塊組串包括復數個新能源發電模塊，所述復數個新能源發電模塊的輸出端串聯形成直流模塊組串；所述新能源發電模塊包括新能源發電設備和DC-DC變換器，所述新能源發電設備的輸出端與DC-DC變換器的輸入端相連，DC-DC變換器的輸出端即為新能源直流模塊的輸出端。

在上述發電系統的優選方案中，所述新能源發電設備可以是光伏組件、熱電池。

進一步的，所述新能源發電模塊中的DC-DC變換器為降壓變換器或者升降壓變換器。

進一步的，所述集中變換器可以是DC-DC變換器或并網逆變器，當集中變換器為DC-DC變換器時，集中變換器的輸出端可以與用電負載或蓄電池相連，當集中變換器為并網逆變器時，集中變換器的輸出端與電網相連。

針對上述新能源發電系統，本發明提供一種集中-分布混合式最大功率點跟蹤控制方法，該控制方法中新能源發電模塊中的DC-DC變換器僅對與該DC-DC變換器相連的新能源發電設備進行最大功率跟蹤，集中變換器對所有新能源發電設備同時進行最大功率跟蹤。