[發明專利]實現光伏并網微型逆變電源高效率和高可靠性的方法

無效

• 申請號: 201310156519.4
• 申請日: 2013-04-28
• 公開（公告）號: CN103219747A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發明（設計）人: 黃勝明;李俊;嵇保健;張廣明;章偉
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02M7/48
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 夏平

技術領域

本發明涉及太陽能光伏發電，尤其是光伏發電并網用微型逆變電源，具體地說是一種實現光伏并網微型逆變電源高效率和高可靠性的方法。

背景技術

目前，在新能源開發領域，太陽能光伏發電是目前主要的發展方向。而太陽能電池本身的低轉換效率是制約光伏發電目前不能普及的主要因素之一。作為太陽能光伏發電系統的重要一環，高轉換效率、高可靠性并網用逆變電源的研發近年來受到了廣泛重視。其中，光伏發電并網用微型逆變電源十分適合中小型太陽能發電系統，會推動基于建筑屋頂、墻體和電線干等空間太陽能發電的廣泛應用。但是，并網用微型逆變器的開發還存在提高轉換效率和改進可靠性相互矛盾等關鍵技術問題，本發明的目的就是要解決這一技術難題。

光伏電池存在最大輸出功率工作點，且最大輸出功率工作點隨光照等環境因素而變化。為實現最大輸出功率點跟蹤(MPPT)和輸出功率最大化，電池板兩端的電壓需要相對恒定。這就要求電池板的負載電流也就是逆變器的輸入電流要恒定。但是，高效率的單級逆變電源輸出到電網的電流需要和電網電壓同頻同相，即逆變電源的輸出功率是正弦波變化的。如果忽略逆變電源轉換過程的能量損失，光伏電池的輸出功率應和逆變電源輸出功率相等。這就導致光伏電池的輸出電壓也就是逆變電源的輸入電壓是正弦波動變化的，使MPPT不能實現。為了解決這一矛盾，最簡單的辦法是在電池板的兩端并聯連接一個大容值電容Cin，如圖1所示。為易于實現MPPT，所需要并接的電容值C由下式給出:

C=Pdc2πfUdcΔu---(1)]]>

其中，Pdc是光伏電池板最大輸出功率，Udc是電容上的平均電壓，f是交流電網頻率，Δu是最大能容許的電壓波動峰～峰值。對于一個典型的200瓦輸出功率光伏模塊，Udc=35V，假設Δu=2V，那么，為了獲得光伏電池98%的利用率，最小的電容值是7.6mF。對于如此大的電容值，通常只有用電解電容來實現。然而，電解電容在105°C工作環境只有最長7000小時的壽命，在75°C時是16000小時。電池板和微型逆變器(AC模塊)工作時是暴露在日照環境下，再加上逆變器工作時自身產生的熱量，其環境溫度達到75°C是正常的。如果按光伏系統每天工作8小時計算，電解電容在75°C環境工作的壽命小于6年，遠不能和光伏電池本身20年以上的壽命相匹配。對逆變器產品的可靠性評估是基于第一次失效平均時間(MTFF)和失效之間的平均時間(MTBF)。目前，實際應用于AC模塊的微型逆變器產品壽命在5～10年。即MTFF是5年，MTBF是10年。應用長壽命的薄膜電容來替換電解電容應該是延長逆變器使用壽命的有效途徑。因為，薄膜電池在同樣工作溫度下具有80000小時的壽命。按每天工作8小時計算，其壽命可達27年。然而，問題并不是這么簡單。因為，薄膜電容的單位容值較低，從成本和體積等方面來說，對于mF級的電容用薄膜電容幾乎是不現實的。

發明內容

本發明的目的是針對上述問題，提出一種實現光伏并網微型逆變電源高效率和高可靠性的方法，通過兩相互補進行電流控制。

本發明的技術方案是：

一種實現光伏并網微型逆變電源高效率和高可靠性的方法，將兩相輸出電流Iout1和Iout2疊加后向電網傳輸能量，具體包括以下步驟：

（a）、光伏電池板在最大輸出功率點的輸出電流是I0，將光伏電池板的負載電流設置為兩相I1和I2，且其大小用下式表示：

I1=I0*|sin(2πft)|...(2)???????I2=I0*[1-|sin(2πft)|]...(3)

其中，f是電網頻率，t是時間，絕對值表示I1和I2不小于零，把正弦波的負半周變為正半周，即I1和I2的頻率是2f，電池板的總負載電流是

I1+I2=I0*[|sin(2πft)|+1-|sin(2πft)|]=I0...(4)

（b）、在光伏電池板的輸出端并聯一個較小容值的薄膜電容，在一個周期T內對I1進行積分，得到