[發明專利]內嵌儲能型多模塊串聯式光伏直流升壓變換器及應用方法

有效

• 申請號: 201710104437.3
• 申請日: 2017-02-24
• 公開（公告）號: CN106787707B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 朱淼;徐莉婷;李修一;蘇明章;蔡旭
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H02M3/155
• 分類號: H02M3/155;H02J1/12;H02J3/38;H02J7/34
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

1.一種內嵌儲能型多模塊串聯式光伏直流升壓變換器，其特征在于，包括多個依次串聯的光伏直流升壓變換器子模塊，所述光伏直流升壓變換器子模塊包括：混合儲能模塊、隔離型全橋DC-DC電路、雙向升/降壓變換器以及光伏陣列；光伏陣列的第一輸出端分別連接隔離型全橋DC-DC電路的第一輸入端和雙向升/降壓變換器的第一輸入端，光伏陣列的第二輸出端分別連接隔離型全橋DC-DC電路的第二輸入端和雙向升/降壓變換器的第二輸入端；所述雙向升/降壓變換器的輸出端與混合儲能模塊電連接，所述隔離型全橋DC-DC電路的第一輸出端、第二輸出端分別構成光伏直流升壓變換器子模塊的兩端；其中：

所述混合儲能模塊，用于平衡光伏直流升壓變換器子模塊輸出的功率；

所述隔離型全橋DC-DC電路，用于實現升壓和最大功率點跟蹤；

所述雙向升/降壓變換器，用于對混合儲能模塊的輸出功率和隔離型全橋DC-DC電路的輸入功率進行控制；

所述光伏陣列的輸出與所述隔離型全橋DC-DC電路的輸入直接連接；

所述混合儲能模塊包括：超級電容和蓄電池，所述超級電容用于承擔光伏發電輸出功率中的功率突變部分，即高頻波動分量；所述蓄電池用于承擔光伏發電輸出功率中的平滑部分，即低頻波動分量。

2.根據權利要求1所述的內嵌儲能型多模塊串聯式光伏直流升壓變換器，其特征在于，所述隔離型全橋DC-DC電路包括：開關管V₁、開關管V₂、開關管V₃、開關管V₄、一次側電容C_i、二次側電感L、二次側電容C_o、變壓器、二極管D₁、二極管D₂、二極管D₃、二極管D₄；一次側電容C_i的正極分別連接開關管V₁的集電極、開關管V₃的集電極，開關管V₁的發射極分別連接至開關管V₂的集電極、變壓器一次側的一端；開關管V₃的發射極分別連接至開關管V₄的集電極、變壓器一次側的另一端；所述開關管V₂的發射極、開關管V₄的發射極均連接至一次側電容C_i的負極；變壓器二次側的一端分別連接至二極管D₁的正極、二極管D₂的負極，變壓器二次側的另一端分別連接至二極管D₃的正極、二極管D₄的負極；二極管D₁的負極、二極管D₃的負極均通過二次側電感L連接至二次側電容C_o的正極，二次側電容C_o的負極與二極管D₂的正極、二極管D₄的正極相連；其中一次側電容C_i的兩端構成隔離型全橋DC-DC電路的兩個輸入端，一次側電容C_o的兩端構成隔離型全橋DC-DC電路的兩個輸出端。

3.根據權利要求1所述的內嵌儲能型多模塊串聯式光伏直流升壓變換器，其特征在于，所述雙向升/降壓變換器采用Buck/Boost雙向變換器，即相當于Buck變換器和Boost變換器的組合，能夠運行在兩個象限，能實現能量的雙向流動。

4.一種內嵌儲能型多模塊串聯式光伏直流升壓變換器的應用方法，其特征在于，基于權利要求1至3中任一項所述的內嵌儲能型多模塊串聯式光伏直流升壓變換器，包括如下步驟：

輸入電壓穩定步驟：將多個光伏直流升壓變換器子模塊匯流的輸出電壓和電流輸送至單雙極性DC-DC變換器，實現對輸出電壓的單雙極性轉換，并控制單雙極性DC-DC變換器輸入電壓的穩定；

輸出電壓穩定步驟：根據隔離型全橋DC-DC電路輸出端的電壓波動的高頻分量與低頻分量，實現對混合儲能單元的功率分配，并控制隔離型全橋DC-DC電路輸出電壓保持穩定；

功率點跟蹤步驟：通過MPPT控制模塊采集多個光伏陣列的輸出電壓和電流，通過對光伏陣列的最大功率點進行跟蹤，使得光伏陣列工作在最大功率點處。

5.根據權利要求4所述的內嵌儲能型多模塊串聯式光伏直流升壓變換器的應用方法，其特征在于，采用變步長的爬山法實現對MPPT的控制，具體地包括如下兩個階段：

第一階段，當光伏陣列的工作點離最大功率點大于閾值S時，步長保持恒定；

第二階段，當光伏陣列的工作點離最大功率點小于等于閾值S時，步長則開始逐漸減小；其中S的取值由多次重復實踐經驗確定。