[發明專利]一種基于串聯光伏模塊環形功率均衡系統的功率均衡方法

有效

• 申請號: 202011029729.3
• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號: CN112054503B
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發明（設計）人: 劉飛;劉舟揚;莊一展;黃艷輝;查曉明
• 申請（專利權）人: 武漢大學;國網湖北省電力有限公司
• 主分類號: H02J1/10
• 分類號: H02J1/10;H02M3/335;H02M1/32;H02M1/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 許蓮英

本發明公開了一種基于串聯光伏模塊環形功率均衡系統的功率均衡方法，所述串聯光伏模塊環形功率均衡系統包括主控制器、多個隔離型光伏子模塊，多個均衡單元，并網電感，以及中壓直流母線。多個均衡單元中有一個均衡單元由電感與電容組成，其余均衡單元均由開關管和電感組成。所述功率均衡方法當光伏子模塊具有不同的最大功率而造成模塊化串聯光伏直流變換器功率失配時，可通過環形功率均衡系統傳輸各個子模塊的失配功率，使得各個子模塊的功率均衡從而使各個子模塊的電壓均衡，并且通過效率尋優算法可以在保證光伏子模塊電壓均衡的情況下最大限度地減小功率流通，從而降低器件的電流應力及損耗以提升效率。

技術領域

本發明屬于光伏發電技術領域，特別涉及一種基于串聯光伏模塊環形功率均衡系統的功率均衡方法。

背景技術

分布式光伏能源匯入中壓直流配電網是未來新能源并網的重要形式，光伏直流升壓變換器常采用隔離型輸入獨立輸出串聯(IIOS)子模塊變換器進行串聯輸出，IIOS型光伏直流升壓變換器擁有多個輸入端口，可以實現獨立的MPPT。但是分布式光伏陣列常常因為局部陰影等原因具有不同的最大功率，如果IIOS子模塊都進行MPPT控制，則它們的輸出功率都不同。由于輸出串聯結構，他們的輸出電流是相同的，當功率不一致時，輸出電壓必然失衡。電壓失衡將導致子模塊變換器的工作點發生偏移，不利于控制參數或者電路參數的設計。功率大的子模塊輸出側電壓比功率小的子模塊電壓高，容易引起開關器件的過壓損壞。

針對IIOS型光伏直流升壓變換器的功率失配問題，目前主要的解決方法是在每兩個相鄰的IIOS子模塊之間插入功率均衡單元，可以實現相鄰子模塊功率的雙向流動，從而平衡失配功率，達到均壓目的。但是由于該方案的鏈式結構(以下稱這種拓撲為鏈式拓撲)，非相鄰子模塊之間的功率交換需要借助它們之間的多個均衡單元實現功率交換，因此功率損耗較大，效率較低。處于中間的的均衡單元由于流通的功率較多，器件所受電流應力也更大。更好的方案是提出一種環形功率均衡拓撲，在保證功率均衡的基礎上，能夠最大限度地降低整體失配功率的交換，從而減小損耗、提高效率，減小器件所受電流應力。

發明內容

為了使得功率均衡拓撲能夠在保證功率均衡的基礎上，最大限度地降低整體失配功率的交換，從而減小傳輸損耗，提高拓撲效率，本發明提出了一種基于串聯光伏模塊環形功率均衡系統的功率均衡方法。

所述串聯光伏模塊環形功率均衡系統，包括：主控制器、N個光伏子模塊、N個輸出電容、N-1個均衡單元、模擬均衡單元、并網電感L_g以及中壓直流母線；

所述主控制器分別與所述的N個光伏子模塊依次連接；所述主控制器分別與所述的均衡單元依次連接；

所述第i光伏子模塊由光伏陣列、隔離型DC/DC變換器組成，光伏陣列的輸出端口與隔離型DC/DC變換器的輸入端口相連，隔離型DC/DC變換器的輸出端口即光伏子模塊的輸出端口；所述第i輸出電容與所述第i光伏子模塊的輸出端口并聯，1≤i≤N；

所述N-1個均衡單元中的第k均衡單元包括：上橋臂開關管、下橋臂開關管、均衡電感，所述上橋臂開關管的集電極與所述第k光伏子模塊的正極相連，所述下橋臂開關管的發射極與所述第k+1個光伏子模塊的負極相連，所述上橋臂開關管的發射極、下橋臂開關管的集電極以及均衡電感L_k的一端相連于一點，所述均衡電感的另一端與所述第k光伏子模塊的負極以及所述第k+1個光伏子模塊的正極相連，1≤k≤N-1；

所述模擬均衡單元包括：限流電感、均衡電容，所述限流電感的一端與所述第1個均衡單元的的上橋臂開關管的發射極相連，所述限流電感的另一端與均衡電容的一端相連，所述均衡電容的另一端與第N-1個均衡單元的上橋臂開關管的發射極相連；

所述第1個光伏子模塊的輸出端口的正極通過并網電感與所述中壓直流母線的正極相連，所述第N個光伏子模塊的輸出端口的負極與所述中壓直流母線的負極相連。

本發明方法的技術方案為所述功率均衡方法，具體為：