CN101964608A - 一种光伏发电分布式最大功率输出系统 - Google Patents

一种光伏发电分布式最大功率输出系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种光伏发电分布式最大功率输出系统，包括：太阳能采集装置包括2组以上光伏模块组，光伏模块采集太阳能并将该太阳能转变为直流电能发送到前级控制模块；前级控制模块串组包括2组以上与光伏模块一一对应并串联设置的前级控制模块，前级控制模块进行电压变换后向后级控制模块输出电流；后级控制模块组包括2个以上并联设置的后级控制模块，后级控制模块进行直流电压变换后发送到逆变转换模块；逆变转换模块进行电流输出。本发明采用电流和电压两级控制模式，这种控制结构消除了相邻模块之间的影响，同组内的光伏模块彼此没有影响，不需要获得相邻模块的信息，简化了模块的输出控制，提高了功率输出控制及发电系统的稳定性和可靠性。

Description

一种光伏发电分布式最大功率输出系统
技术领域
本发明涉及一种光伏发电分布式最大功率输出系统。
背景技术
光伏发电系统的基本单元是光伏模块。光伏模块的光电特性表现为非线性，其功率曲线存在着峰值，因此，人们提出了大量的最大功率点跟踪(MPPT)方法，来保证光伏模块的功率输出达到最大。光伏系统由多块光伏模块组成，这些光伏模块通过串联和并联方式连接，形成光伏阵列。在均匀光照条件下，各个光伏模块的功率曲线一致，光伏阵列的功率曲线存在唯一峰值。在部分阴影条件下，各个光伏模块的功率曲线不同，光伏阵列的功率曲线出现多峰现象。这时候，光伏发电系统可能并没有输出最大功率。
在各种MPPT技术方案中，可以划分为集中式MPPT和分布式MPPT。集中式MPPT方案的作法是，根据整个光电板阵列的综合作用进行补偿。而分布式MPPT方案的作法是，根据每块光伏模块的单独输出进行独立补偿。这时候，每块太阳能电池板的输出功率都达到最大化，因此分布式MPPT是提高太阳能发电系统能源生产率最有前景的技术。目前的功率输出控制结构如图1所示，各光伏模块串联直流电压转换模块后并联连接，并联连接的光伏模块与直流电压转换模块串联连接交直流电压转换模块。这种结构中电流值、电压值在电压变换输出功率过程中均产生变化，导致同组内的光伏模块彼此相互影响，需要获得相邻模块的信息，相邻模块之间会相互影响。要想平衡各模块功率输出，需要十分复杂的输出控制，输出控制的复杂性不但提升了控制成本，而且严重影响控制的可靠性和稳定性，从而影响发电系统的稳定性和可靠性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种功率输出控制简单、可靠且稳定性高的光伏发电分布式最大功率输出系统。
为了解决上述问题，本发明提供了一种光伏发电分布式最大功率输出系统，包括：
太阳能采集装置，所述太阳能采集装置包括2组以上光伏模块组，所述光伏模块组中每个光伏模块均连接有前级控制模块，所述光伏模块采集太阳能并将该太阳能转变为直流电能发送到前级控制模块；
前级控制模块串组，所述前级控制模块串组包括2组以上与所述光伏模块一一对应并串联设置的前级控制模块，所述前级控制模块接收所述光伏模块发送来的直流电能后，在固定电流值的条件下进行电压变换，分别向后级控制模块输出最大功率值的电流；
后级控制模块组，所述后级控制模块组包括2个以上并联设置的后级控制模块，所述后级控制模块连接接收所述每组串联设置的前级控制模块输入的电流，进行直流电压变换后发送到逆变转换模块；
逆变转换模块，所述逆变转换模块连接接收所述后级控制模块组中各并联设置的后级控制模块输入的电流，将该直流电转换为交流电后进行输出。
进一步，所述前级控制模块包括：
第一滤波单元，所述第一滤波单元接收所述光伏模块发送的电流，进行滤波后发送到电压变换单元；
电压变换单元，所述电压变换单元接收所述第一滤波单元发送来的电流在跟踪控制单元控制下进行电压变换后发送到第二滤波单元；
第二滤波单元，所述第二滤波单元接收所述电压变换单元发送来的电流进行滤波后发送到输出单元；
输出单元，所述输出单元接收到所述第二滤波单元发送来的电流进行输出；
跟踪控制单元，所述跟踪控制单元采集所述光伏模块电压及电流参数与输出单元电压参数，并按照电流值固定输出功率最大的线性变化控制所述电压变换单元动作。
进一步，所述跟踪控制单元包括：
测量子单元，所述测量子单元测量光伏模块电压值与电流值，并以参数形式发送到控制子单元；
反馈子单元，所述反馈子单元跟踪监控所述输出单元电压值，并以参数形式发送到所述控制子单元；
控制子单元，所述控制子单元接收所述测量子单元与反馈子单元发送来的参数值，按照设定电流值，计算最大功率输出时控制各参数，并将该参数发送到调整子单元；
调整子单元，所述调整子单元接收所述控制子单元发送来的各控制参数，并依据占空比限制调整各参数值，并根据调整后的参数值控制所述电压变换单元动作。
进一步，所述第二滤波单元与所述输出单元之间还连接设置有智能保护单元，所述智能保护单元接收所述第二滤波单元发送来的电流进行测试，并与设定保护值进行比对，采取相应措施后发送到所述输出单元。
进一步，所述智能保护单元包括：
测试子单元，所述测试子单元对所述光伏模块电压及电流参数与输出单元电压参数进行测试，并将测试后数据发送到判断子单元；
判断子单元，所述判断子单元接收所述测试子单元发送来的数据，并根据预设保护参数进行比对，根据比对结果控制通断子单元动作；
通断子单元，所述通断子单元在所述判断子单元控制下连通及断开所述第二滤波单元与输出单元之间电路。
本发明具有如下优点：
1、本发明采用电流和电压两级控制模式。前级控制模块使用固定电流方式，控制串联连接的光伏模块；后级控制模块使用固定电压方式，控制并联连接的光伏模块组。这种控制结构消除了相邻模块之间的影响，同组内的光伏模块彼此没有影响，不需要获得相邻模块的信息，简化了模块的输出控制，提高了功率输出控制及发电系统的稳定性和可靠性。
2、本发明中跟踪控制单元结构简单，可有效跟踪输入、输出电流的各项参数，进行在线补偿和修正，提高功率输出效率，并保证功率输出的稳定性。
3、本发明还采用了智能保护单元，可以对开路电压、短路电流及面板温度等参数状态进行判断，从而对光伏模块提供保护，提高光伏发电系统可靠性和自我保护功能，减少不必要的损失。
4、本发明结构简单、可靠且稳定性高，本发明依靠结构合理性降低成本和操作难度，易于推广和应用。
附图说明
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明：
图1示出了目前的功率输出控制结构示意图；
图2示出了本发明一种光伏发电分布式最大功率输出系统结构示意图。
具体实施方式
如图2所示，本发明包括太阳能采集装置1、前级控制模块串组2、后级控制模块组3及逆变转换模块4。太阳能采集装置1用于采集太阳能，通过前级控制模块串组2与后级控制模块组3两级控制达到功率输出最大，然后通过逆变转换模块4进行电流转换后进行电流输出。
太阳能采集装置1包括2组以上光伏模块组11，光伏模块组11中每个光伏模块111均连接有前级控制模块21，光伏模块111采集太阳能并将该太阳能转变为直流电能发送到前级控制模块21。
前级控制模块串组2包括2组以上与光伏模块111一一对应并串联设置的前级控制模块21，前级控制模块21接收光伏模块111发送来的直流电能后，在固定电流值的条件下进行电压变换，分别向后级控制模块31输出最大功率值的电流。
后级控制模块组3包括2个以上并联设置的后级控制模块31，后级控制模块31连接接收每组串联设置的前级控制模块21输入的电流，进行直流电压变换后发送到逆变转换模块4。
逆变转换模块4连接接收后级控制模块组3中各并联设置的后级控制模块31输入的电流，将该直流电转换为交流电后进行输出。
本发明采用电流和电压两级控制模式。前级控制模块2使用固定电流方式，控制串联连接的光伏模块；后级控制模块3使用固定电压方式，控制并联连接的光伏模块组。这种控制结构消除了相邻模块之间的影响，同组内的光伏模块111彼此没有影响，不需要获得相邻模块的信息，简化了模块的输出控制，提高了功率输出控制及发电系统的稳定性和可靠性。
本发明中，前级控制模块21包括第一滤波单元211、电压变换单元212、第二滤波单元213、输出单元214及跟踪控制单元215。第一滤波单元211与第二滤波单元213用于滤波，电压变换单元212用于电压变换，输出单元214用于输出电流，跟踪控制单元215用于控制电压变换以实现输出功率最大。
第一滤波单元211两端分别连接光伏模块111与电压变换单元212，第一滤波单元211接收光伏模块111发送的电流，进行滤波后发送到电压变换单元212。
电压变换单元212两端分别连接第一滤波单元211与第二滤波单元213，电压变换单元212还受跟踪控制单元控制215。电压变换单元212接收第一滤波单元211发送来的电流，并在跟踪控制单元215控制下进行电压变换后将电流发送到第二滤波单元213。
第二滤波单元213两端分别连接电压变换单元212与输出单元214，第二滤波单元213接收电压变换单元212发送来的电流进行滤波后发送到输出单元214。
输出单元214接收到第二滤波单元213发送来的电流进行输出。
跟踪控制单元215采集光伏模块电111压及电流参数与输出单元214电压参数，并按照电流值固定输出功率最大的线性变化控制电压变换单元212动作。
在本发明中，跟踪控制单元215还包括测量子单元2151、反馈子单元2152、控制子单元2153与调整子单元2154。其中：
测量子单元2151测量光伏模块111电压值与电流值，并以参数形式发送到控制子单元2153。
反馈子单元2152跟踪监控输出单元214电压值，并以参数形式发送到控制子单元2153。
控制子单元2153接收测量子单元2151与反馈子单元2152发送来的参数值，按照设定电流值，计算最大功率输出时控制各参数，并将该参数发送到调整子单元2154。
调整子单元2154接收控制子单元2153发送来的各控制参数，并依据占空比限制调整各参数值，并根据调整后的参数值控制电压变换单元212动作。
本发明中跟踪控制单元215结构简单，可有效跟踪输入、输出电流的各项参数，进行在线补偿和修正，提高功率输出效率，并保证功率输出的稳定性。
本发明中，第二滤波单元213与输出单元214之间还连接设置有智能保护单元216，智能保护单元216接收第二滤波单元213发送来的电流进行测试，并与设定保护值进行比对，采取相应措施后发送到输出单元214。
本发明中的智能保护单元216包括测试子单元2161、判断子单元2162与通断子单元2163。其中：
测试子单元2161对光伏模块111电压及电流参数与输出单元214电压参数进行测试，并将测试后数据发送到判断子单元2162。
判断子单元2162接收测试子单元2161发送来的数据，并根据预设保护参数进行比对，根据比对结果控制通断子单元动作2163。在判断子单元2162中参照历史数据、数学模型进行数据预测、阈值设定，从而作出模糊判断，并向通断子单元2163发送相应动作指令。
通断子单元2163在判断子单元2162控制下连通及断开第二滤波单元213与输出单元214之间电路。
本发明还采用了智能保护单元216，可以对开路电压、短路电流及面板温度等参数状态进行判断，从而对光伏模块111提供保护，提高光伏发电系统可靠性和自我保护功能，减少不必要的损失。
本发明结构简单、可靠且稳定性高，本发明依靠结构合理性降低成本和操作难度，易于推广和应用。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种光伏发电分布式最大功率输出系统，其特征在于，包括：
太阳能采集装置(1)，所述太阳能采集装置(1)包括2组以上光伏模块组(11)，所述光伏模块组(11)中每个光伏模块(111)均连接有前级控制模块(21)，所述光伏模块(111)采集太阳能并将该太阳能转变为直流电能发送到前级控制模块(21)；
前级控制模块串组(2)，所述前级控制模块串组(2)包括2组以上与所述光伏模块(111)一一对应并串联设置的前级控制模块(21)，所述前级控制模块(21)接收所述光伏模块(111)发送来的直流电能后，在固定电流值的条件下进行电压变换，分别向后级控制模块(31)输出最大功率值的电流；
后级控制模块组(3)，所述后级控制模块组(3)包括2个以上并联设置的后级控制模块(31)，所述后级控制模块(31)连接接收所述每组串联设置的前级控制模块(21)输入的电流，进行直流电压变换后发送到逆变转换模块(4)；
逆变转换模块(4)，所述逆变转换模块(4)连接接收所述后级控制模块组(3)中各并联设置的后级控制模块(31)输入的电流，将该直流电转换为交流电后进行输出。
2.如权利要求1所述的光伏发电分布式最大功率输出系统，其特征在于：所述前级控制模块(21)包括：
第一滤波单元(211)，所述第一滤波单元(211)接收所述光伏模块(111)发送的电流，进行滤波后发送到电压变换单元(212)；
电压变换单元(212)，所述电压变换单元(212)接收所述第一滤波单元(211)发送来的电流在跟踪控制单元(215)控制下进行电压变换后发送到第二滤波单元(213)；
第二滤波单元(213)，所述第二滤波单元(213)接收所述电压变换单元(212)发送来的电流进行滤波后发送到输出单元(214)；
输出单元(214)，所述输出单元(214)接收到所述第二滤波单元(213)发送来的电流进行输出；
跟踪控制单元(215)，所述跟踪控制单元(215)采集所述光伏模块(111)电压及电流参数与输出单元(214)电压参数，并按照电流值固定输出功率最大的线性变化控制所述电压变换单元(212)动作。
3.如权利要求2所述的光伏发电分布式最大功率输出系统，其特征在于：所述跟踪控制单元(215)包括：
测量子单元(2151)，所述测量子单元(2151)测量光伏模块(111)电压值与电流值，并以参数形式发送到控制子单元(2153)；
反馈子单元(2152)，所述反馈子单元(2152)跟踪监控所述输出单元(214)电压值，并以参数形式发送到所述控制子单元(2153)；
控制子单元(2153)，所述控制子单元(2153)接收所述测量子单元(2151)与反馈子单元(2152)发送来的参数值，按照设定电流值，计算最大功率输出时控制参数，并将该参数发送到调整子单元(2154)；
调整子单元(2154)，所述调整子单元(2154)接收所述控制子单元(2153)发送来的各控制参数，并依据占空比限制调整各参数值，并根据调整后的参数值控制所述电压变换单元(212)动作。
4.如权利要求3所述的光伏发电分布式最大功率输出系统，其特征在于：所述第二滤波单元(213)与所述输出单元(214)之间还连接设置有智能保护单元(216)，所述智能保护单元(216)接收所述第二滤波单元(213)发送来的电流进行测试，并与设定保护值进行比对，采取相应措施后发送到所述输出单元(214)。
5.如权利要求4所述的光伏发电分布式最大功率输出系统，其特征在于：所述智能保护单元(216)包括：
测试子单元(2161)，所述测试子单元(2161)对所述光伏模块(111)电压及电流参数与输出单元(214)电压参数进行测试，并将测试后数据发送到判断子单元(2162)；
判断子单元(2162)，所述判断子单元(2162)接收所述测试子单元(2161)发送来的数据，并根据预设保护参数进行比对，根据比对结果控制通断子单元(2163)动作；
通断子单元(2163)，所述通断子单元(2163)在所述判断子单元(2162)控制下连通及断开所述第二滤波单元(213)与输出单元(214)之间电路。
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