CN108336753A - 实现输出功率最大化的光伏发电系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明主要涉及到一种实现输出功率最大化的光伏发电系统及方法，光伏电池配置的电压转换电路，用于将光伏电池提供的前级电压进行电压转换后输出后级电压；由多级光伏电池串联连接在一起构成电池组串，与每块光伏电池对应的一个电压转换电路输出的电压表征该光伏电池提供在所述的电池组串上的实际电压。逆变器模块，与多级光伏电池对应的多级电压转换电路各自输出的后级电压叠加后作为输入电压提供给逆变器模块，逆变器模块将输入电压逆变成交流电。

Description

实现输出功率最大化的光伏发电系统及方法
技术领域
本发明主要涉及到光伏发电技术领域，确切地说，采用了在光伏组件中都使用了电压转换电路的方案，而且电压转换电路的电压叠加后输送给逆变器，主要是在逆变器一侧来实现最大功率点追踪，确保整个光伏组件输出功率的最大化。
背景技术
随着世界各国的工业化进程和化工能源的高消耗，频率出现了类似于雾霾等极其恶劣的环境，对于人类而言：寻求那些取之不尽、重复可用的可再生资源来取代数量有限且对环境有严重污染的传统化工能源，是迫切需要解决的难题。基于人类在新技术和新材料等方面做出的科技贡献，使可再生能源得到现代化的开发和利用，如太阳能、地热能和风能以及海洋能、生物质能和核聚变能等，既环保有能够可持续性发展的新能源得到了越来越广泛的应用。在各种新能源体系中，由于光伏能源具备结清、安全可靠、成功并网、日常维护简单和任意地点可用等优势，使光伏发电系统成为发达国家和发展中国家普遍关注和重点发展的新型产业，在解决能源短缺和偏远地区的用电上发挥着不可或缺的作用。光伏发电技术的核心是光伏电池板，分布式或大型电站因为它们采用的电池板阵列的数量极其庞大，当前很多光伏电站存在一个很大问题：电池所处的温度环境和光照辐射强度影响这电池的输出特性，一般而言，随着周遭环境的变化，光伏电池可以工作在不同的输出电压条件下，但是只有工作在某个输出电压电池的输出功率才最大。
光伏电池的光伏特性受到环境温度、环境辐射强度的影响而发生很大的变化，在当前的光伏发电系统中，为了使整个发电系统更安全可靠的运行，较佳的是对各个光伏电池进行功率优化，使得输出的功率最大，同样的电池分布面积可以撷取更多的资源，这对于减少传统能源的消耗并增加光伏发电的比例是十分有意义的。当前针对那些光伏组件或电池实施最大功率追踪的方案已经有不少的研究成果面世，但是很多方案都是在电压转换电路上以调制占空比的方式来追踪最大功率点，这种优化方式也存在着弊端，主要是由于逆变器无法根据一种较好的设计规律来控制逆变电路推送出最大的功率输出，本文后续的内容就在于设定电压转换电路和逆变器配合来设计出逆变电路追踪最大功率的方案。
发明内容
在一个实施例中，本发明披露了一种实现输出功率最大化的光伏发电系统，包括：
光伏电池配置的电压转换电路，用于将光伏电池提供的前级电压进行电压转换后输出后级电压；由多级光伏电池串联连接在一起构成电池组串，与每块光伏电池对应的一个电压转换电路输出的电压表征该光伏电池提供在所述的电池组串上的实际电压；
逆变器模块，与多级光伏电池对应的多级电压转换电路各自输出的后级电压叠加后作为输入电压提供给逆变器模块，逆变器模块将输入电压逆变成交流电；
其中光伏发电系统实现最大功率点追踪的模式为：
定义逆变器模块的输入电压在一个下限值和一个上限值之间波动时逆变器模块输出的功率随着输入电压的增加而增加，藉此，各级电压转换电路在输出后级电压的阶段使所述输入电压趋于接近该上限值而促使逆变器模块输出的功率执行输出功率最大化。
上述的实现输出功率最大化的光伏发电系统，每一级电压转换电路在将对应的前级电压电压转换成后级电压的过程中：
电压转换电路对前级电压以执行最大功率点追踪的电压转换方式输出后级电压。
上述的实现输出功率最大化的光伏发电系统，每一级电压转换电路在将对应的前级电压电压转换成后级电压的过程中：
电压转换电路对前级电压不执行最大功率点追踪直接进行电压转换并输出后级电压。
上述的实现输出功率最大化的光伏发电系统，所述的电压转换电路是降压型或升压型或升-降压型的电压转换电路。
上述的实现输出功率最大化的光伏发电系统，每一级电压转换电路在对相应的光伏电池提供的前级电压执行最大功率点追踪时：
每一级电压转换电路在基于监测光伏电池输出的电流值和电压值的前提下追踪电压值和电流值乘积的最高值。
上述的实现输出功率最大化的光伏发电系统，每一级电压转换电路在对相应的光伏电池提供的前级电压执行电压转换时：
每一级电压转换电路极力提高输出的后级电压的值，直至促使各级电压转换电路输出的后级电压叠加得到的所述输入电压趋于接近该上限值。
上述的实现输出功率最大化的光伏发电系统，逆变器模块在执行最大功率点追踪时：
在所述输入电压介于下限值和上限值之间的波动区间，逆变器模块输出的功率随着所述输入电压增加而增加的趋势不受流入至逆变器模块的电流波动的影响。
在另一个可选实施例中，本发明披露了一种在光伏发电系统中实现最大功率点追踪的方法，由多级光伏电池串联连接在一起构成电池组串来为逆变器模块供电，每个电压转换电路用于将对应的一个光伏电池提供的前级电压进行电压转换后输出后级电压；
所述的方法包括：
使与多级光伏电池对应的多级电压转换电路各自输出的后级电压叠加后作为输入电压提供给逆变器模块；
控制各级电压转换电路抬升各自输出的后级电压，使所述的输入电压在一个下限值和一个上限值之间极力趋于接近该上限值，促使逆变器模块输出的功率最大化，其中输入电压在下限值和上限值之间波动时逆变器模块输出的功率随着输入电压的增加而增加。
上述的方法，每一级电压转换电路在将对应的前级电压电压转换成后级电压的过程中：电压转换电路对前级电压以执行最大功率点追踪的电压转换方式输出后级电压，其中每一级电压转换电路在基于监测光伏电池输出的电流值和电压值的前提下追踪电压值和电流值乘积的最高值。
上述的方法，每一级电压转换电路在将对应的前级电压电压转换成后级电压的过程中：电压转换电路对前级电压不执行最大功率点追踪直接进行电压转换并输出后级电压，其中每一级电压转换电路极力提高输出的后级电压的值，直至促使各级电压转换电路输出的后级电压叠加得到的所述输入电压趋于接近该上限值。
附图说明
阅读以下详细说明并参照以下附图之后，本发明的特征和优势将显而易见：
图1是光伏电池通过配套的电压转换电路构成电池组串的范例示意图。
图2是电压转换电路各自输出的后级电压叠加输送给逆变器的示意图。
图3是以单相逆变电路作为范例的示意图。
图4是以升压型的电压转换电路作为范例的示意图。
图5是逆变器输出的功率随着叠加的电压发生改变的示意图。
具体实施方式
下面将结合各实施例，对本发明的方案进行清楚完整的阐述，所描述的实施例仅是本发明用作叙述说明所用的实施例而非全部的实施例，基于该等实施例，本领域的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的方案都属于本发明的保护范围。
参见图1，光伏组件阵列是光伏发电系统从光能到电能转换的基础，图1中显示了光伏组件阵列中安装的基本电池组串101，而且每一个电池组串101由多个串联连接的光伏组件PV_1、PV_2……光伏组件PV_N串接构成，在本申请中每块光伏组件或称光伏电池PV均配置有执行最大功率追踪MPPT的功率优化电路，例如第一个光伏组件PV_1产生的光伏电压由第一个功率优化电路PO_1进行电压转换以执行功率优化，第二个光伏组件PV_2产生的光伏电压由第二个功率优化电路PO_2进行电压转换，直至第N级的光伏组件PV-N产生的光伏电压由第N级的功率优化电路PO_N进行电压转换以执行功率优化功能，N为自然数。其实与每块光伏电池PV对应的功率优化电路PO输出的电压才可以表征该光伏电池PV提供在光伏电池组串101上的实际电压。我们先行假定任意一串的光伏电池组串101串接有第一级光伏组件PV_1、第二级光伏组件PV_2……至第N级的光伏组件PV_N，第一级功率优化电路PO_1用于将第一级光伏电池PV_1的光伏电压源执行最大功率追踪而进行电压转换并输出V1，直至第N级功率优化电路PO_N将第N级的光伏电池PV_N的光伏电压源执行最大功率追踪而进行电压转换并输出VN，可以获悉任意一串光伏电池组串101上叠加的总的串级电压为：第一级功率优化电路PO_1输出的电压V1加上第二级功率优化电路PO_2输出的电压V2以及再加上第三级功率优化电路PO_3输出的电压……直至累加到第N级的功率优化电路PO_N输出的电压VN，串级电压的运算结果就等于V1+ V2+……VN。功率优化电路或称电压转换电路PO在下文中会详细介绍拓扑结构。必须强调的是，现有技术中披露和公开的针对光伏电池的最大功率追踪MPPT的任何方案同样适用于本申请的电压转换电路，因此本申请不再单独对电压转换电路是如何执行最大功率追踪MPPT的方案予以赘述。参见图1所示，第一级功率优化电路PO_1、第二级功率优化电路PO_2直至第N级的功率优化电路PO_N等通过传输线或串接线LAN串联连接，传输线LAN上由它们叠加的串级电压被输送给类似于汇流箱或者逆变器INV模块等电力设备进行汇流和逆变后再并网到交流电。
参见图2，以电压转换电路PO_N为范例，它可以是降压型BUCK或升压型BOOST或者升降压型BUCK-BOOST的电压转换电路，本质上就是将输入的前级电压进行降压或升压或升降压而输出期望的后级电压。在业界，譬如电压转换电路依赖于脉冲宽度调制信号PWM的驱动而产生后级电压。在本申请中，如果电压转换电路PO_N作为功率优化电路则它必须随时调整光伏电池的输出电流值和输出电压值以达到电池输出的最大功率点，这种条件下，我们调整驱动转换电路的脉冲宽度调制信号是基于考虑到光伏电池的输出电流值和输出电压值的乘积最大。作为本申请的另一种方式，我们不必考虑光伏电池的输出电流值和输出电压值的乘积最大，也即电压转换电路不再运作为功率优化电路反而是作为按照预先设计好的升压/降压/升降压等电路。对于电压转换电路工作于考虑电池的输出电压/输出电流的功率优化模式，还是工作于无需考虑电池的输出电压/输出电流的电压推高模式，本申请在后续内容中将会详细介绍。参见图2，设定可以输出脉冲宽度调制信号的控制器105用来驱动电压转换电路。
参见图3，逆变器模块INV将光伏组件阵列PV-ARR的能量逆变成交流电，在图中假定逆变器INV具有第一输入端NP1和第二输入端NP2，可提供串级电压的第一串光伏电池组串101的等效阳极连接到逆变器INV的第一输入端NP1，第一串光伏电池组串101的等效阴极连接到逆变器INV的第二输入端NP2…依此类推，相同的道理，可提供串级电压的最后一串的光伏电池组串101的等效阳极连接到逆变器INV的第一输入端NP1，最后一串的光伏电池组串101的等效阴极连到逆变器INV的第二输入端NP2。实质上提供串级电压的任意一串光伏电池组串101的等效阳极连到逆变器INV的第一输入端NP1以及任意一串光伏电池组串101的等效阴极连到逆变器INV的第二输入端NP2，这也即光伏组件先串联后并联的供电模式。参见图3，逆变器INV的逆变电路240可包含H桥电路、半H桥half-bridge或者是全桥甚至多相逆变均适合本申请的逆变电路，为了便于理解图3暂时以H桥作为范例来阐释，其他的逆变电路原理相同而不予赘述。其中H桥有串联在接收直流电的一组输入线LA和LB之间的开关管Q1即上臂和Q2即下臂，也还包括串联在接收直流电的一组输入线LA和LB之间开关管Q3即上臂和Q4即下臂，Q1-Q2构成一桥臂Bridge1及Q3-Q4构成另一桥臂Bridge2。开关管Q1的一端连到输入线LA而它的相对另一端和开关管Q2的一端相连在一桥臂Bridge1的第一中点B1，开关管Q2的相对另一端则连到输入线LB上。与此同时开关管Q3的一端连到输入线LA而它的相对另一端和开关管Q4的一端相连在另一桥臂Bridge2的第二中点B2，而开关管Q4的相对另一端则连到输入线LB上面。第一个的一桥臂Bridge1的中点B1作为逆变电路240的第一输出端和第二个的一桥臂Bridge2的中点B2作为逆变电路240的第二输出端，控制器150输出的脉冲宽度调制信号SPWM来控制这个H桥进行直流电到交流电的转换，其实这里的SPWM就是驱动逆变电路中Q1-Q2和Q3-Q4的接通或关断来促使直流电到交流电的逆变过程。在图3中，电池组串101的等效正极负极分别耦合到输入线LA和LB上，逆变电路240对电池组串101提供的直流电DC进行逆变转换，从第一输出端B1和第二输出端B2输出H桥的交流电部分，输入线LA耦合到第一输入端NP1以及输入线LB耦合到第二输入端NP2。在一个实施例中还可以设置输入电容CB和H桥并联，电容CB也连接在输入线LA和LB之间。逆变器除了上文介绍的H桥电路、Half-Bridge或者是全桥甚至多相或多电平逆变电路之外，逆变器中的类似于上文第一个的一桥臂Bridge1和第二个的另一桥臂Bridge2这样的各桥臂支路之间输出。总之从逆变器INV的第一输入端NP1和第二输入端NP2之间输入的输入电压VINV其实就电池组串101的串级电压，可以有很多并联的电池组串101各自的串级电压都视为输入电压VINV提供给逆变器模块。
参见图4，以光伏电池PV配置的执行最大功率追踪的电压转换电路PO为例来阐释说明本申请的实施例。电压转换电路PO的第一输入端N1和第二输入端N2连接到与其对应的光伏电池PV的正负极：第一输入端N1连到光伏电池PV的正极和第二输入端N2连接到光伏电池PV_K的负极。其中，在电压转换电路PO的第一输出端N3和第二输出端N4之间输出该光伏电池PV实施功率优化MPPT后所提供的实际电压。假定电压转换电路PO是BOOST升压电路，实际上电压转换电路Voltage-Converter还可以用降压型或者升降压型的电路。如图4所示，升压型电压转换电路PO在第一输入端N1和第一输出端N3之间串联连接有电感L1和二极管D，电感L1和二极管D互连的节点为NX，其中电感L1连接在第一输入端N1和互连节点NX之间，二极管D连接在互连节点NX和第一输出端N3之间。第二输入端N2直接耦合到第二输出端N4，一个开关S连接在第二输入端N2和互连节点NX之间或连接在第二输出端N4和互连节点NX之间。图4中控制器105输出的脉冲宽度调制信号PWM驱动开关S的接通或关断，开关S接通时为电感L1储能，当开关S关断时电感L1释放能量并通过二极管D续流，电感L的能量向后传递给第一和第二输出端的负载和为电容C2充电，电容C2连接在第一输出端N3和第二输出端N4之间。可以选择在第一输入端N1和第二输入端N2之间连接电容C1。因此我们发现电压转换电路PO的第一输入端N1和第二输入端N2从电池PV的正负极撷取电池电压作为输入的前级电压VPRE，电压转换电路PO对电池PV的电压经过升压后在第一输出端N3和第二输出端N4输出后级电压VPOS。注意二极管D的阳极连到互连节点NX而阴极则连到第一输出端N3。电压变换电路的MPPT基本原理是：电压转换电路的第一输入端N1和第二输入端N2从光伏电池PV的正负极间撷取到电压，运行功率追踪的控制器105产生的路脉冲宽度调制信号PWM耦合到开关管S1的栅极控制端，在的MPPT开关周期内，需要将开关管S1接通：PWM驱动开关管S1接通，电感L1的电流增加，调制信号PWM还驱动开关管S1关断和通过二极管D续流，则电感L1的电流减小并开始释放能量和为电容C2进行充电，这是电压转换电路的基本原理。在业界最大功率追踪Maximum Power Point Tracking是成熟技术，现有技术中常见的最大功率追踪有恒定电压法、电导增量法、扰动观察法等，本申请中不再单独予以赘述。上文提及的任意一串的光伏电池组串101上总的串级电压为：第一级电压转换电路PO_1输出的电压V1加上第二级电压转换电路PO_2输出的电压V2加上第三级电压转换电路PO_3输出的电压…直至累加到第N级的电压转换电路PO_N输出的电压VN，电压V1至VN其实就是各级电压转换电路输出的后级电压，而其中第一级电压转换电路PO_1至第N级的电压转换电路PO_N各自接收的光伏电压就是前级电压。
参见图4，假如将升压型电路改为降压型BUCK-DC/DC电压转换电路，BUCK电压转换电路PO的第一输入端N1和第二输入端N2从电池PV的正负极撷取电池电压作为输入的前级电压VPRE，电压转换电路PO对电池PV电压经过降压后在第一输出端N3和第二输出端N4输出后级电压VPOS。因为控制器105驱动BUCK电路是属于现有技术而且较多的文献资料对其有所记载，本申请不再单独展示BUCK电路，只要将图4中的电压转换电路改成BUCK电路即可。
参见图5，在本申请中，光伏发电系统实现最大功率点追踪的模式并非单纯只是在电压转换电路PO部分实现，具体的最大功率追踪的模式为：定义逆变器模块INV的输入电压VINV在一个预设的下限值VMIN和一个预设的上限值VMAX之间波动时，这里上限值比下限值大，也即上文的V1+ V2+…VN在VMIN和VMAX之间波动，这种波动是各级电压转换电路输出后级电压时调整驱动PO电路的占空比可以实现的。逆变器模块INV输出的功率PINV随着输入电压VINV的增加而增加，意思就是输入电压VINV在VMIN和VMAX之间波动的阶段功率PINV比上输入电压VINV的斜率为正数，图5中的曲线117表示出了逆变器模块INV输出的功率PINV与输入电压VINV的大体关系，藉此为了使得输入电压VINV在下限值VMIN和上限值VMAX之间波动的阶段功率PINV最大化，在图2中各级的电压转换电路PO_1至PO_N在输出后级电压V1至VN的阶段，使所述输入电压VINV趋于接近该上限值VMAX而促使逆变器模块输出的功率执行最大功率点追踪。由于驱动逆变电路的控制器150可以通过现有的电压检测手段监测输入电压VINV，如果输入电压VINV还没有竭力接近至等于上限值VMAX，则第二控制器150可以通过电力线载波或无线通讯通知各第一控制器105继续增加驱动各级电压转换电路PO的占空比，第二控制器150和第一控制器105之间支持双向通信，使输入电压VINV抬升直至接近上限值VMAX。
参见图5，在使输入电压VINV抬升直至接近上限值VMAX过程中，以电池组串101为例来说明一种方法，结合图2：每一级电压转换电路PO_1、PO_2…PO_N在将对应的前级电压VPRE1、VPRE2…VPREN电压转换成后级电压VPOS1、VPOS2…VPOSN的过程中：电压转换电路PO_1、PO_2…PO_N对前级电压VPRE1、VPRE2…VPREN以执行最大功率点追踪MPPT的电压转换方式输出后级电压VPOS1、VPOS2…VPOSN。这里第一级电压转换电路PO_1将第一级光伏电池PV_1提供的前级电压VPRE1执行MPPT从而将其电压转换成后级电压VPOS1，以及第二级电压转换电路PO_2将第二级光伏电池PV_2提供的前级电压VPRE2执行MPPT从而将其电压转换成后级电压VPOS2，以及同样第三级电压转换电路PO_3将第二级光伏电池PV_3的前级电压VPRE3执行MPPT从而将其电压转换成后级电压VPOS3，……直至第N级的电压转换电路PO_N将第N级的光伏电池PV_N的前级电压VPREN执行MPPT从而将其电压转换成后级电压VPOSN。以图4为例，通过调节开关S的占空比也即控制电压转换电路PO执行MPPT，可以起到调整输出负载阻抗的作用，利用光伏电池的软负载特性达到对该光伏电池的工作点电压进行调整的目的，实现跟踪控制光伏组件的输出始终工作在最大功率点处。在这种方案中，电池组串101中的每一级电压转换电路在对相应的光伏电池提供的前级电压执行最大功率点追踪时：每一级电压转换电路在基于测量与其对应的一级光伏电池输出的电流值IPV和电压值VPV的前提下追踪电压值VPV和电流值IPV乘积的最高值。例如在基于监测光伏电池PV_1输出的电流值IPV1和电压值VPV1的前提下，图4中显示了利用霍尔元件120监测电流值IPV1的实施例，至于电压值VPV1则利用各种现有的电压检测模块即可检测出来，在光照强度和环境温度等容易发生改变的条件下，光伏电池PV_1可以工作在不同的输出电压，但是只有在某个输出电压时输出功率才最大，监测光伏电池PV_1的电流值IPV1和电压值VPV1的意义就在于：通过动态调节驱动电压转换电路PO_1的脉冲宽度调制信号PWM的占空比从而调整了电压转换电路PO_1输出的负载阻抗的大小，这种MPPT过程也就实现了对该光伏电池PV_1的工作点电压动态调整的目的，直至IPV1×VPV1最大。按照每一级电压转换电路均执行MPPT的动作：使光伏电池PV_1输出的电流值和电压值IPV1×VPV1最大化，使光伏电池PV_2输出的电流值和电压值IPV2×VPV2最大化，…光伏电池PV_N输出的电流值和电压值IPVN×VPVN最大化，逐步将电压转换电路PO_1、PO_2…PO_N各自转换输出的后级电压叠加的VPOS1+VPOS2…+VPOSN（总的串级电压）逼近到最大，逆变器模块INV一侧一直可以监测到视为输入电压VINV的串级电压，不停的推高总的串级电压接近等于预定的上限值VMAX。如果输入电压VINV变得低于下限值输入电压VMIN或高于上限值VMAX则逆变器模块INV输出的功率PINV比上输入电压VINV的正斜率关系可能被破坏，因此逆变器的第二控制器150检测到VINV＜VMIN这种情形时会以电力线载波或无线等通信方式通知各级电压转换电路PO的第一控制器105增加驱动电压转换电路的占空比的电压调整模式，第二控制器150检测到VINV＞VMAX时会以电力线载波或无线等通信方式通知各级电压转换电路PO的第一控制器105降低驱动电压转换电路的占空比的电压调整模式，先让VINV归位到介于VMIN和VMAX之间，只有在VMIN≤VINV≤VMAX满足之后，各个PO电路的控制器105才能继续驱动各级电压转换电路PO_1、PO_2…PO_N对各级电池提供的前级电压VPRE1、VPRE2…VPREN以执行最大功率点追踪MPPT的方式输出后级电压VPOS1、VPOS2…VPOSN，否则各级电压转换电路必须先跳出MPPT模式而进入上述VINV＜VMIN或VINV＞VMAX条件下的电压调整模式，从而最终使输入电压VINV趋于接近该上限值VMAX并促使逆变器模块INV输出的功率执行输出功率最大化。
参见图5，在使输入电压VINV抬升直至接近上限值VMAX过程中，以电池组串101为例来说明其他方法，结合图2：每一级电压转换电路PO_1、PO_2…PO_N在将对应的前级电压VPRE1、VPRE2…VPREN电压转换成后级电压VPOS1、VPOS2…VPOSN的过程中：电压转换电路PO_1、PO_2…PO_N对前级电压VPRE1、VPRE2…VPREN完全不执行最大功率点追踪MPPT，仅仅只是电压转换输出后级电压VPOS1、VPOS2…VPOSN，这里电压转换电路PO不执行MPPT与上文执行MPPT的最大区别在于：执行MPPT必须考虑到电池的输出电流和输出电压而且两者的乘积最大，而不执行MPPT则无需考虑电池的输出电流和输出电压两者的乘积情况，不执行MPPT的方案中检测电流值的霍尔元件120和监测电压值的电压检测模块都可以摒弃。这里第一级电压转换电路PO_1将第一级光伏电池PV_1提供的前级电压VPRE1不执行MPPT从而将其电压转换成后级电压VPOS1，以及第二级电压转换电路PO_2将第二级光伏电池PV_2提供的前级电压VPRE2不执行MPPT从而将其电压转换成后级电压VPOS2，以及同样第三级电压转换电路PO_3将第二级光伏电池PV_3的前级电压VPRE3不执行MPPT从而将其电压转换成后级电压VPOS3，…直至第N级的电压转换电路PO_N将第N级的光伏电池PV_N的前级电压VPREN不执行MPPT从而将其电压转换成后级电压VPOSN。以图4为例，通过调节开关S的占空比也即控制电压转换电路PO竭力输出最大的电压，让各级电压转换电路PO_1、PO_2…PO_N输出后级电压VPOS1、VPOS2…VPOSN相加的VINV以最快的速度接近等于VMAX，同样可以实现跟踪控制光伏组件的输出始终工作在最大功率点处。在这种方案中，电池组串101的每一级电压转换电路在对相应的光伏电池提供的前级电压执行最大功率点追踪时：每一级电压转换电路对前级电压不执行最大功率点追踪直接进行电压转换并输出后级电压。在不监测光伏电池PV输出的电流值IPV和电压值VPV的前提下，通过调节控制器105驱动电压转换电路PO的脉冲宽度调制信号PWM的占空比从而调整电压转换电路PO输出的电压大小，按照每一级电压转换电路均执行电压转换的动作：电压转换电路PO_1带有的控制器105控制使电压转换电路PO_1输出的后级电压VPOS1最大化，以及电压转换电路PO_2带有的控制器105控制使电压转换电路PO_2输出的后级电压VPOS2最大化，…依此类推直至电压转换电路PO_N带有的控制器105控制使电压转换电路PO_N输出的后级电压VPOSN最大化，换言之，不经过MPPT直接逐步将电压转换电路PO_1…PO_N各自转换输出的后级电压叠加的VPOS1+VPOS2…+VPOSN（总的串级电压）逼近到最大，逆变器模块INV一侧一直可以监测到视为输入电压VINV的串级电压，不停的推高总的串级电压接近等于预定的上限值VMAX。这种非MPPT的调制过程同样也就实现了对该光伏电池PV_1至PV_N的工作点电压动态调整的目的，直至PINV最大。如果输入电压VINV变得低于下限值输入电压VMIN或高于上限值VMAX则逆变器模块INV输出的功率PINV与上输入电压VINV之比的正斜率关系可能被破坏，因此，逆变器模块INV中第二控制器150检测到VINV＜VMIN这种情形时会以电力线载波或无线等通信方式主动去通知各级电压转换电路PO_1至PO_N各自的第一控制器105增加驱动电压转换电路PO_1至PO_N的占空比的电压调整模式，第二控制器150检测到VINV＞VMAX时会以电力线载波或无线等通信方式通知各级电压转换电路PO_1至PO_N各自的第一控制器105降低驱动电压转换电路PO_1至PO_N的占空比的电压调整模式，先让VINV归位到介于VMIN和VMAX之间，只有在VMIN≤VINV≤VMAX满足之后，各个电压转换电路PO的控制器105才能继续驱动各级电压转换电路PO_1、…PO_N对各级电池提供的前级电压VPRE1、…VPREN以执行非最大功率点追踪MPPT的电压推高方式输出后级电压VPOS1、VPOS2…VPOSN，否则各级电压转换电路必须先跳出电压推高方式而进入上述VINV＜VMIN或VINV＞VMAX条件下的电压调整模式，最终使输入电压VINV＝VPOS1+VPOS2…+VPOSN趋于接近上限值VMAX并促使逆变器模块INV输出的功率执行输出功率最大化。
以上通过说明和附图的内容，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，上述发明提出了现有的较佳实施例，但这些内容并不作为局限。对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims (10)

1.一种实现输出功率最大化的光伏发电系统，其特征在于，包括：
光伏电池配置的电压转换电路，用于将光伏电池提供的前级电压进行电压转换后输出后级电压；由多级光伏电池串联连接在一起构成电池组串，与每块光伏电池对应的一个电压转换电路输出的电压表征该光伏电池提供在所述的电池组串上的实际电压；
逆变器模块，与多级光伏电池对应的多级电压转换电路各自输出的后级电压叠加后作为输入电压提供给逆变器模块，逆变器模块将输入电压逆变成交流电；
其中光伏发电系统实现输出功率最大化的模式为：
定义逆变器模块的输入电压在一个下限值和一个上限值之间波动时逆变器模块输出的功率随着输入电压的增加而增加，藉此，各级电压转换电路在输出后级电压的阶段使所述输入电压趋于接近该上限值而促使逆变器模块输出的功率执行输出功率最大化。
2.根据权利要求1所述的实现输出功率最大化的光伏发电系统，其特征在于，每一级电压转换电路在将对应的前级电压转换成后级电压的过程中：
电压转换电路对前级电压以执行最大功率点追踪的电压转换方式输出后级电压。
3.根据权利要求1所述的实现输出功率最大化的光伏发电系统，其特征在于，每一级电压转换电路在将对应的前级电压转换成后级电压的过程中：
电压转换电路对前级电压不执行最大功率点追踪直接进行电压转换并输出后级电压。
4.根据权利要求1所述的实现输出功率最大化的光伏发电系统，其特征在于，所述的电压转换电路是降压型或升压型或升-降压型的电压转换电路。
5.根据权利要求2所述的实现输出功率最大化的光伏发电系统，其特征在于，每一级电压转换电路在对相应的光伏电池提供的前级电压执行最大功率点追踪时：
每一级电压转换电路在基于监测光伏电池输出的电流值和电压值的前提下追踪电压值和电流值乘积的最高值。
6.根据权利要求3所述的实现输出功率最大化的光伏发电系统，其特征在于，每一级电压转换电路在对相应的光伏电池提供的前级电压执行电压转换时：
每一级电压转换电路极力提高输出的后级电压的值，直至促使各级电压转换电路输出的后级电压叠加得到的所述输入电压趋于接近该上限值。
7.根据权利要求1所述的实现输出功率最大化的光伏发电系统，其特征在于，逆变器模块在执行最大功率点追踪时：
在所述输入电压介于下限值和上限值之间的波动区间，逆变器模块输出的功率随着所述输入电压增加而增加的趋势不受流入至逆变器模块的电流波动的影响。
8.一种在光伏发电系统中实现输出功率最大化的方法，其特征在于，由多级光伏电池串联连接在一起构成电池组串来为逆变器模块供电，每个电压转换电路用于将对应的一个光伏电池提供的前级电压进行电压转换后输出后级电压；
所述的方法包括：
使与多级光伏电池对应的多级电压转换电路各自输出的后级电压叠加后作为输入电压提供给逆变器模块；
控制各级电压转换电路抬升各自输出的后级电压，使所述的输入电压在一个下限值和一个上限值之间极力趋于接近该上限值，促使逆变器模块输出的功率最大化，其中输入电压在下限值和上限值之间波动时逆变器模块输出的功率随着输入电压的增加而增加。
9.根据权利要求8所述的方法，每一级电压转换电路在将对应的前级电压转换成后级电压的过程中：
电压转换电路对前级电压以执行最大功率点追踪的电压转换方式输出后级电压，其中每一级电压转换电路在基于测量光伏电池输出的电流值和电压值的前提下追踪电压值和电流值乘积的最高值。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，每一级电压转换电路在将对应的前级电压转换成后级电压的过程中：
电压转换电路对前级电压不执行最大功率点追踪直接进行电压转换并输出后级电压，其中每一级电压转换电路极力提高输出的后级电压的值，直至促使各级电压转换电路输出的后级电压叠加得到的所述输入电压趋于接近该上限值。
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