[發明專利]一種光伏組件輸出P-V特性優化裝置和其控制方法

有效

• 申請號: 201310413923.5
• 申請日: 2013-09-12
• 公開（公告）號: CN103490717A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 何良宗
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: H02S40/30
• 分類號: H02S40/30
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭

技術領域

本發明涉及光伏發電技術領域，具體涉及一種用于光伏電源系統中光伏組件的輸出裝置及其控制方法。

背景技術

隨著能源的日益緊張，發展新能源技術逐步成為關注的熱點。其中安全，清潔，可靠的太陽能已經成為新能源的重要組成部分，在各個領域開始發揮作用。因此，太陽能發電技術是解決全球能源危機和環境問題，實現可持續發展的重要策略之一。

在光伏發電系統中，由于光伏組件輸出功率-電壓（P-V）特性呈現非線性，并具有最大功率點，且其最大功率點隨著光照和環境溫度等因素變化而變化，為了最大化系統的輸出功率，必須采用適當的最大功率跟蹤點技術。保證系統總是運行在光伏組件最大功率點，以獲得光伏發電的最大效能。

光伏組件在光照條件不變的情況下，其P-V特性曲線只有一個極值點，即最大功率跟蹤點，如圖1所示，光伏組件在不同光照條件下的V-I和P-V特性曲線。然而光伏發電系統周圍常常存在建筑物或是樹木等遮擋物，其在光伏組件上形成的局部陰影不僅導致光伏組件輸出功率降低，而其P-V特性曲線出現多個極值點，如圖2所示，為局部陰影條件下光伏組件的P-V特性曲線。由于光伏組件的P-V特性曲線出現了多個極值點，常用的擾動觀察法和導納增量法容易陷入局部極值點，從而并不能保證光伏組件運行在真正的全局最大功率點，造成能量損失，效率低下。

為了提高具有多個功率極值點的光伏組件的輸出功率，目前已有相關策略致力于改進和提出新型的全局最大功率點跟蹤算法方面，這些方法存在一個共同的問題：當光伏組件出現多個極值點后，這些方法只能被動的搜索光伏組件當前的全局最大功率點，此時全局最大功率點的功率遠小于當前光伏組件可輸出的功率，其效率仍然低下；同時，最大功率點跟蹤算法的參數設計和實現比較復雜。

發明內容

本發明的首要目的是提供一種用于光伏組件的輸出P-V特性優化裝置和相關的控制方法，使光伏組件在局部陰影等惡劣的光照效果下仍然具有一個最大功率極值點，保障了全局最大功率極值點的實現，從而確保了光伏組件在局部陰影條件下的能量轉化效率。

本發明的另一個目的是提供一種用于光伏組件的輸出P-V特性優化裝置和相關的控制方法，在保證輸出效能的前提下，可以匹配原有擾動觀察法和導納增量法設備，不會使后級設備增加額外的負擔，具有通用性。

本發明的技術方案如下：

光伏組件輸出P-V特性優化裝置，其特征在于：它包括：

電池組，包括輸出電壓相同的第一、第二、第三和第四光伏電池元，各自按正負極正向相串聯，按串聯順序具有A1、B1和F1三個電池節點；

放電橋臂，包括按正負極反向相串聯的第一、第二、第三和第四二極管；按串聯順序具有A2、B2和F2三個放電節點；

電容橋臂，包括按正負極同向相串聯的第一、第二、第三和第四電容；按串聯順序具有A3、B3和F3三個電容節點

開關橋臂，包括相串聯的第一、第二、第三和第四開關；按串聯順序具有A4、B4和C4三個開關節點；

其中，所述電池組、放電橋臂、電容橋臂和開關橋臂的兩端均按照各自內部元件串聯的方向同向并聯；A2與A3之間用線圈L3相連；A3與A4之間具有線圈L1；F3與F4之間具有線圈L2；該線圈L1、L2和L3耦合，且同名端分別位于A2、A3和F3；B1、B2、B3和B4連通；F1、F2和F3連通。

本方案結構的改進有：

較佳方案中，所述開關為電/光控制方式的電子開關部件，包括MOSFET、二極管。其中MOSFET也可以使用晶體管、光電耦合器等替代。

較佳方案中，所述第一和第三開關均為P溝道MOSFET；所述第二和第四開關均為N溝道MOSFET；所述第一開關和第二開關、所述第三開關和第四開關各自漏極相連；所述第二開關和第三開關以源極相連；

其中，所述第一開關和第二開關、第三開關和第四開關各共用一個驅動地。

在本結構方案基礎之上，采用的P-V優化策略為：

其中，第一、第二、第三與第四開關均以等周期、50%占空比的驅動方式工作；所述第一開關與第二開關、第三開關與第四開關各自互補；所述第一開關和第三開關的驅動信號具有一個移相角φ；

一載波V_tri，其波形為：