[發(fā)明專利]一種集成數(shù)據(jù)通信功能的光伏優(yōu)化器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410293455.7
• 申請日: 2014-06-25
• 公開（公告）號: CN104065336A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 杜進;王睿馳;胡斯登;吳建德;何湘寧
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: H02S40/30
• 分類號: H02S40/30
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光伏發(fā)電及物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種集成數(shù)據(jù)通信功能的光伏優(yōu)化器。

背景技術(shù)

太陽能光伏發(fā)電因其清潔、安全、便利、適合分布式發(fā)電等特點，已成為世界新能源發(fā)展的熱點和趨勢。在光伏系統(tǒng)中，最大功率輸出控制以及故障檢測是當(dāng)前國內(nèi)外的一個研究熱點。常見的光伏發(fā)電系統(tǒng)一般由多個光伏組件經(jīng)串/并聯(lián)構(gòu)成一個光伏陣列，輸出400～800V的直流電壓后經(jīng)逆變器并網(wǎng)發(fā)電。

眾所周知，光伏電池的物理特性由半導(dǎo)體材料決定，其基本工作原理是光伏效應(yīng)，即當(dāng)一定能量的光線照射光伏電池時，半導(dǎo)體材料吸收能量，發(fā)生電子躍遷，其內(nèi)部能傳導(dǎo)電流的載流子分布狀態(tài)和濃度發(fā)生變化，由此產(chǎn)生電動勢和電流。根據(jù)光伏電池物理特性及其等效電路，可以建立光伏電池的數(shù)學(xué)模型，如下：

ISC-ID-VDRp-IPV=0ID=IO(eVD/VT-1)]]>V_PVcell＝V_D-R_SI_PV

圖1是光伏組件輸出特性曲線，ISC為光伏電池的短路電流，UOC為光伏電池的開路電壓，PMP、UMP和IMP分別為光伏電池最大功率點的功率、電壓和電流。光伏電池的輸出特性由材料的物理特性以及光照、溫度、濕度等環(huán)境因素決定。在特性曲線確定后，光伏電池的實際工作點則根據(jù)負(fù)載的變化，在這條曲線上變動。圖2是不同光照強度下的光伏組件的U-I特性曲線，結(jié)合圖1的特性曲線可看出：光伏電池受光照強度變化而產(chǎn)生的輸出特性變化非常明顯，其最大輸出功率隨光照強度減弱而降低。因此，當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中的一個或多個光伏組件存在局部陰影遮擋時，各個光伏組件之間的特性失配將導(dǎo)致系統(tǒng)輸出功率顯著下降。僅依靠并網(wǎng)逆變器的最大功率跟蹤算法調(diào)節(jié)直流母線上的電流，并不能使每個光伏組件均工作于最大功率輸出狀態(tài)，存在發(fā)電潛能的浪費。

為了解決這個問題，目前較為成熟的方法是將每個光伏組件的輸出經(jīng)功率優(yōu)化器(PowerOptimizer)或稱模塊集成變換器(ModuleIntegratedConverter，MIC)進行分布式最大功率點跟蹤(DMPPT)后，再串聯(lián)輸出。光伏功率優(yōu)化器是一種DC/DC設(shè)備，其內(nèi)部執(zhí)行最大功率點跟蹤(MPPT)算法，可以在一串光伏組件中的一個或多個組件在光照不均或組件老化導(dǎo)致的特性曲線失配情況下，使其對應(yīng)的光伏組件保持最大功率輸出。圖3(a)是光伏組件的輸出功率與電壓曲線，圖3(b)是光伏優(yōu)化器的輸出功率與電壓曲線。將光伏組件及其相連的光伏優(yōu)化器視為一個光伏單元，從圖3可以看出，相比獨立的光伏組件，光伏單元可以在很寬的電壓輸出范圍內(nèi)均工作于最大功率點。

圖4為光伏優(yōu)化器的結(jié)構(gòu)框圖；但是，光伏組件加入功率優(yōu)化器組成光伏單元后，如并網(wǎng)逆變器仍采用傳統(tǒng)的MPPT控制方式，將會產(chǎn)生新的協(xié)調(diào)工作和穩(wěn)定性問題。需要通過通信功能，協(xié)調(diào)并網(wǎng)逆變器以及各個功率優(yōu)化器之間的控制算法。