[發明專利]基于DPP結構的光伏優化模塊及其控制方法

在審

• 申請號: 201610107682.5
• 申請日: 2016-02-26
• 公開（公告）號: CN105759893A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發明（設計）人: 王豐;朱田華;卓放;史書懷;孫樂嘉;范雨森
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G05F1/67
• 分類號: G05F1/67
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

【技術領域】

本發明屬于太陽能光伏發電領域，特別涉及一種基于功率差額補償(DifferentialPowerProcessing，DPP)結構的光伏優化模塊，同時提出了一種多級分時自適應的最大功率跟蹤(MaximumPowerPointTracking，MPPT)控制策略。

【背景技術】

太陽能是目前最有應用前景的清潔可再生能源。然而實際中存在的陰影遮擋、污點、熱梯度、傾斜等非理想條件會導致光伏板內的嚴重失配現象，進而造成光伏板輸出功率極大降低。為了應對失配問題，在傳統光伏系統中引入了分布式最大功率跟蹤(DistributedMaximumPowerPointTracking，DMPPT)的概念，即將一個DC-DC變換器與一個光伏子模塊相連構成一個模塊，再以該模塊為基本單元進行串聯構成一個光伏板系統。DMPPT可以允許所有光伏子模塊在失配條件下工作在各自的最大功率點(MaximumPowerPoint，MPP)。但是，每個DC-DC變換器必須處理與它相連的光伏子模塊的全部輸出功率。即使變換器的效率很高，整個光伏板系統的功率傳輸損失也很大。

為了解決這一問題，相關文獻提出了基于DPP結構的光伏系統，如圖1所示。差額變換器與光伏子模塊并聯，且只需處理相鄰的串聯光伏子模塊之間的失配功率。這部分功率只占光伏子模塊輸出總功率的一小部分，因此，相比于DMPPT結構，整個光伏板系統的效率較高，差額變換器的功率等級要求較低、體積較小。但由于每個差額變換器和中央變換器均需要一組MPPT控制單元和比例積分雙閉環控制器，整個光伏板系統的成本依然較高。

【發明內容】

本發明公開了一種基于DPP結構的光伏優化模塊，同時提出了一種多級分時自適應MPPT控制策略，可以保證精確追蹤各個光伏子模塊的MPP，并提高了MPPT的速度和能量傳輸效率，同時進一步提高了系統集成度、降低了系統成本。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種基于DPP結構的光伏優化模塊，包括三個光伏子模塊、兩個差額變換器、一個中央變換器和一個MPPT控制單元，其中，三個光伏子模塊串聯連接，兩個差額變換器與光伏子模塊并聯連接，中央變換器連接在所述的光伏優化模塊的輸出端，所述MPPT控制單元根據采集的第一和第二光伏子模塊的輸出電壓和電流以及光伏優化模塊總的輸出電壓和中央變換器的電感電流，在分時自適應使能信號的控制下運行擾動觀測法，輸出兩個電壓參考信號和一個電流參考信號，所述兩個電壓參考信號分別經過第一和第二光伏子模塊的比例積分雙閉環控制器進行控制，所述電流參考信號經過中央變換器的比例積分控制器進行控制。

所述的差額變換器采用Buck-Boost電路，中央變換器采用Boost電路。

中央變換器采用Boost電路，包括第一電感L、第一開關S和二極管，其中，第一電感和二極管串聯連接，所述第一開關與第一電感和二極管并聯。

每個差額變換器采用Buck-Boost電路，包括兩個開關和一個電感，其中，兩個開關串聯連接，電感與兩個開關并聯。

每個變換器配備有獨立的比例積分控制器，用以實現電壓或電流的跟蹤控制。

一種基于DPP結構的光伏優化模塊的控制方法，首先設置MPPT控制單元的使能信號初始值為1，對第一光伏子模塊進行電壓擾動，當第一光伏子模塊的輸出達到最大功率時，設置MPPT控制單元的使能信號為0，開始對第二光伏子模塊進行電壓擾動，同時保持第一光伏子模塊的電壓在其最大功率點電壓，當第二光伏子模塊的輸出達到最大功率時，設置MPPT控制單元的使能信號為-1，開始對中央變換器進行電流擾動，調整其電感電流，從而擾動第三光伏子模塊的電壓，使其輸出達到最大功率。

所述MPPT控制單元內設置有公共變量，在對第一光伏子模塊進行電壓擾動時，將第一光伏子模塊的輸出電壓和電流賦予該公共變量，在自適應使能信號的控制下運行擾動觀測算法，輸出一個電壓參考信號V_ref1，此時，為了避免第一光伏子模塊進行MPPT時第二光伏子模塊因等待而引起的功率損失，讓第二光伏子模塊跟隨第一光伏子模塊的電壓參考信號。

在對第一光伏子模塊進行MPPT時，第二光伏子模塊的電壓跟隨第一光伏子模塊經擾動后的電壓參考信號，此時，第三光伏子模塊的電壓也被擾動。

所述MPPT控制單元根據光伏優化模塊的輸出電壓和中央變換器的電感電流進行擾動觀測法，以調整中央變換器的電感電流，從而擾動第三光伏子模塊的電壓。