[發明專利]一種提高光伏逆變器利用效率的直流拓撲結構及控制方法

有效

• 申請號: 201711291219.1
• 申請日: 2017-12-08
• 公開（公告）號: CN107968433B
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 賈清泉;薛世偉;王寧;孫玲玲
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 秦皇島一誠知識產權事務所(普通合伙) 13116
• 代理人: 李合印

1.一種提高光伏逆變器利用效率的直流拓撲結構，其特征在于：包括光伏陣列、逆變器和切換裝置；所述光伏陣列與逆變器之間通過切換裝置連接；所述切換裝置是由開關裝置、控制器以及信號采集處理器組成，其中信號采集處理器采集每串電池板輸出電壓、電流、逆變器輸入功率、輸出功率以及逆變器工作溫度；

所述開關裝置中第一串電池板與第二到第N串電池板都有一個開關連接；第二串電池板與第三到第N串電池板都有一個開關連接；第三串電池板與第四到第N串電池板都有一個開關連接；以此類推，直到第N-1串電池板與第N串電池板有一個開關連接；

所述開關裝置緊鄰逆變器側出口處每串電池板與逆變器都有一個開關連接；

提供的直流側拓撲結構能夠使各串電池板根據目標函數大小靈活匹配連接到運行的逆變器上，即切換裝置以目標函數最小為最優條件，確定此時電池板與切換裝置以及切換裝置與逆變器之間的連接方式，進行切換。

2.根據權利要求1所述的一種提高光伏逆變器利用效率的直流拓撲結構，其特征在于：所述切換裝置能夠根據各電池板輸出電流大小隨時自動切換逆變器路數，如逆變器突然故障，則可切換至其他逆變器上工作。

3.根據權利要求1所述的一種提高光伏逆變器利用效率的直流拓撲結構，其特征在于：所述電池板的串數不限于與逆變器臺數相同；即當逆變器運行中損壞時或者逆變器臺數M＜N時，不必更改電池板串數及開關數量。

4.根據權利要求1所述的一種提高光伏逆變器利用效率的直流拓撲結構，其特征在于：所述逆變器的容量相同或者相近。

5.根據權利要求1—4中任一項所述的一種提高光伏逆變器利用效率的直流拓撲結構的控制方法，其特征在于：該方法內容包括以下步驟：

步驟1：獲取光伏系統參數以及直流側實時電流和電壓；所述系統參數包括電池板參數、所用電纜參數、逆變器參數以及電網參數；

步驟2：構造逆變器輸出功率目標函數F_Z，逆變器輸出功率目標函數為：

(1)式中：N_Zi為將N串電池板分成Z組時第i組電池板串數，i∈[1,Z]，其中N為電池板總串數；將N串電池板分成Z組，其中Z∈[1,M]，M表示逆變器總臺數；再將第i組電池板按原來電池板序號大小重新排序，I_dZin為第i組中電池板重新排序后第n串電池板的電流值，U_dZin為第i組中電池板重新排序后第n串電池板的電壓值，P_dZin為第i組中電池板重新排序后第n串電池板的輸出功率，η_Zi屬于一個變量，為切換裝置中N串電池板分成Z組時第i組電池板連接到該臺逆變器工作時，該臺逆變器此時的轉換效率：信號采集處理器采集逆變器輸入功率、輸出功率及工作溫度，為逆變器轉換效率η_Zi擬合更加準確的曲線提供參考數據，使切換裝置根據溫度自適應調整η_Zi作出更加準確的判斷；

N_Zi數值、裝置連接方法需要滿足兩個要求：

①將N個電池板串輸出功率的數值分成Z組，第i組的個數即為N_Zi數值，使得每組電池板輸出功率的和近似相等，則光伏陣列可以連接切換裝置；

②存在N串電池板，M臺逆變器，使得連接逆變器m的電池板組中含有PV_m，若NM且損壞的逆變器為集合M_L，存在正整數x和y，其中x∈(M,N]∪M_L，使得PV_x和PV_y必須分到一組，則切換裝置可以連接逆變器，所述損壞的逆變器也可代表線路連接不成功的逆變器；

根據廠家提供的逆變器工作的最小輸入功率以及逆變器啟動電壓，可以得到直流側電流大小，將得到的逆變器工作最小電壓、電流代入目標函數F_Z中，令其F₁(N)＞F₂(N)且F₁(N+1)＜F₂(N+1)，即可確定一個發電單元最大電池板串數N；

步驟3：切換裝置根據直流側電流和電壓實時數據以及目標函數的計算結果，再與上一次測量數據所計算的目標函數值作對比，若目標函數值變小，則無需更改，若目標函數值變大，則得出線路連接方式，從而最大化提高發電量的同時提高光伏系統運行性能；

切換裝置根據目標函數大小，自動切換逆變器路數使光伏逆變器利用率一直處于高效狀態運行；根據計算確定max(F_Z)，即切換裝置確定使F_Z達到最大值時的逆變器工作臺數M_Z，切換線路使M_Z臺逆變器運行；

切換裝置動作：每過一段時間，采集數據，再根據步驟2中N_zi數值、逆變器連接方法，將已分組形成的組數、組中包含的電池板輸出功率、組中包含的電池板相對應的串次以及逆變器連接的方式輸出，再分別將每種方案中數值帶入到目標函數F_Z中得到最大值為最佳組合方式，再輸出最佳分組方式與連接方法，切換裝置根據最佳連接方法動作切換線路；

F₁表示N₁₁串電池板連到一臺逆變器的目標函數大小，此時電池板串數N為N₁₁，公式為N＝N₁₁，F₂表示將N₂₁和N₂₂串電池板分別連到兩臺逆變器的目標函數大小，此時電池板串數N為N₂₁和N₂₂之和，公式為N＝N₂₁+N₂₂，F_j表示將N_j1、N_j2、…、N_jj串電池板分別連到j臺逆變器的目標函數大小，此時電池板串數N為N_j1、N_j2、…、N_jj之和，公式為N＝N_j1+N_j2+…+N_jj，j為正整數。