专利名称：太阳能发电系统及其控制方法
技术领域：
本发明涉及太阳能领域，特别是一种新型的高效太阳能发电系统及其 控制方法。
背景技术：
通常的太阳能发电系统多为由多个发电的功率模块并联，形成一条直 流母线。小功率系统中，该母线直接连接蓄电池组，为蓄电池充电，再通 过升压电路将电压升高，为逆变器输入提供高压的直流电。在大功率系统 中，直流母线常为高电压，直接供逆变器输入，与蓄电池组中间则由升/ 降压电路完成放电/充电的功率转换。由于系统在将光伏电池的电力提供到 直流母线后，仍存在蓄电池组充电和放电两个环节，因此降低了系统发电 的效率。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种高效的太阳能 发电系统及其控制方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种太阳能发电系 统，其特征在于其包括至少一太阳能电池组，主控制器，太阳能功率变 换模块，蓄电池组，蓄电池放电模块以及逆变器，每组太阳能电池组分别 通过一个太阳能功率变换^f莫块并联连接于直流母线，所述的主控制器分别 连接并控制该太阳能功率变换模块，蓄电池组，蓄电池放电模块以及逆变 器。
本发明解决进一步技术问题的方案是所述的直流母线包括高压直流 母线以及低压直流母线，高压直流母线与逆变器相连并为其提供直流电压 输入，低压直流母线与蓄电池相连。
本发明解决进一步技术问题的方案是所述的太阳能功率变换模块包 括输出接高压直流母线的升压电路以及输出接低压直流母线的降压电路， 所述的升压电路以及降压电路并联连接。
本发明解决进一步技术问题的方案是所述的升压电路以及降压电路 的输入都是与该对应的太阳能电池组连接。本发明解决进一步技术问题的方案是所述升压电路的优先级高于降 压电路。
本发明解决进一步技术问题的方案是所述的主控制器包括主误差放 大器，该主误差;^文大器与高压直流母线相连，所述的蓄电池包括蓄电池充 电控制器，所述的蓄电池充电控制器控制太阳能功率变换模块中的降压电 路工作。
本发明解决进一步技术问题的方案是:提供一种太阳能发电控制方法， 其包括以下步骤a每组太阳能电池组分别通过一个太阳能功率变换模块 并联连接于直流母线；b所述的直流母线包括高压直流母线以及低压直流 母线，高压直流母线与逆变器相连并为其提供直流电压输入，低压直流母 线与蓄电池相连；c所述的太阳能功率变换模块包括输出接高压直流母线 的升压电路以及输出接低压直流母线的降压电路；d通过主误差放大器检 测高压直流母线电压，确定太阳能功率变换模块升压电路的工作状态；e 通过蓄电池充电控制器控制太阳能功率变换模块中的降压电路工作。
本发明解决进一步技术问题的方案是所述的升压电路以及降压电路 的工作状态是MPPT状态，限流输出状态或者关闭状态。
本发明解决进一步技术问题的方案是当所有的太阳能功率变换模块 都处于工作状态时，即太阳能电池组的输出无法匹配逆变器负荷和蓄电池 组充电的要求，首先满足负载的用电需求，通过高压直流母线供电，其余 的为低压直流母线供电，即为蓄电池组充电。
本发明解决进一步技术问题的方案是根据发电量与负载用电量以及 蓄电池充电量的关系，确定所述的太阳能功率变换模块分别处于MPPT状 态，限流模式或者关闭模式。
相较于现有技术，本发明的太阳能发电系统以及控制方法通过高压直 流母线供逆变器负载和低压直流母线供蓄电池充电，可实现对电池组的最 大功率追踪(MPPT)控制，实现最大的功率输出，并通过改进蓄电池的 充电电路拓朴，提高电功率变换的效率。
图l是本发明的太阳能发电系统的原理模块示意图。图2是本发明的太阳能发电系统的系统结构示意图。
具体实施例方式
以下内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说 明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术 领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若 干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
本发明提供一种太阳能发电系统，系统采用模块化结构，可通过光伏 电池的最大功率追踪(Maximum power point tracking, MPPT)控制，实现 最大的功率输出，并通过改进蓄电池的充电电路拓朴，提高电功率变换的 效率。
如图1以及图2所示，本发明的太阳能发电系统包括至少一太阳能电池 组l，主控制器2，太阳能功率变换模块3，蓄电池组4，蓄电池放电模块 5以及逆变器6。
所述的太阳能电池组1为光伏电池，每组太阳能电池组1分别通过一个 太阳能功率变换模块3并联连接于直流母线。所述的主控制器2分别与该 太阳能功率变换模块3 ，蓄电池组4,蓄电池放电模块5以及逆变器6相连。 所述的逆变器6连接负载。
所述的直流母线包括高压直流母线以及低压直流母线，高压直流母线与 逆变器6相连并为其提供直流电压输入，低压直流母线与蓄电池4相连， 使得该太阳能发电系统直接将光伏电池输出转换为充电电压，为蓄电池4 充电。因此蓄电池的充放电电路减少了一阶变换环节，可以提高该太阳能 发电系统的整体效率。
所述的太阳能功率变换模块3包括输出接高压直流母线的升压电路以 及输出接低压直流母线的降压电路，所述的升压电路以及降压电路并联连 接，两者的输入都是与该对应的电池组连接。所述的升压电路以及降压电 路由优先级判决器决定两者的工作顺序，通常是升压电路的优先级高。每 个太阳能功率变换模块3中的升压电路和降压电路均可作最大功率追踪控 制，实现光伏电池组的最大功率输出。
所述的主控制器2包括主误差放大器21，该主误差放大器21与高压直 流母线相连。
主误差放大器21检测高压直流母线电压,将误差范围分为多个阈值区间，根据误差所在的区间确定各个才莫块升压电路的工作状态，可以是MPPT 状态，限流输出状态或者关闭状态。只有处于阈值区间临界值的那个模块 工作在限流输出状态，其余的则分别为MPPT输出状态和关闭状态。 所述的蓄电池4包括蓄电池充电控制器。
所述的蓄电池充电控制器才艮据蓄电池4的充电特性来控制太阳能功率 变换模块3中的降压电路工作。由于优先级低于高压直流母线的供电，只 有升压电路处于关闭状态的那些;ji块可以参与蓄电池组的充电。蓄电池充 电控制器检测充电的电压以及电流，也通过一个误差放大器来确定各个降 压电路的工作状态，可以是MPPT状态，限流输出状态或者关闭状态。和 升压电路的工作状态控制类似，只有处于阈值区间临界值的那个模块工作 在限流输出状态，其余的则分别为MPPT输出状态和关闭状态。
当所有的太阳能功率变换模块3都处于工作状态时，即太阳能电池组 的输出无法匹配逆变器负荷和蓄电池组充电的要求，则系统首先满足负载 的用电需求，通过高压直流母线供电，其余的为低压直流母线供电，即为 蓄电池组充电。工作在限流输出状态的模块可同时开启升压和降压电路， 整体做MPPT控制，使其连接的光伏电池组工作在最大功率输出状态。
根据负载和发电状态，系统有儿种不同的工作状态
1. 发电量大于负载用电量，蓄电池充满。部分功率模块的升压电路工 作在MPPT模式， 一个工作在限流输出模式，为负栽供电；其余模块完全 关闭。
2. 发电量大于负载和蓄电池充电量，蓄电池未充满。部分功率模块的 升压电路工作在MPPT模式， 一个工作在升压限流模式，为负载供电；部 分降压电路工作在MPPT模式， 一个工作在降压限流模式，为蓄电池充电； 其余模块完全关闭。
3. 发电量大于负载用电量，但小于负载与蓄电池充电量的和。部分功 率模块的升压电路工作在MPPT模式，为负载供电； 一个既工作在升压限 流模式，又工作在降压限流模式，同时为两条母线供电；其余模块的降压 电路工作在MPPT模式，以最大能力为蓄电池充电；
4. 发电量小于负载用电量，蓄电池工作在放电状态。全部功率模块的 升压电路都工作在MPPT模式，为负载供电；蓄电池组控制器工作在放电 状态，为负载供电。
5. 发电量小于负载用电量，蓄电池电量耗尽，停止为负栽供电，系统工作在蓄电池充电状态。全部功率模块的降压电路都工作在MPPT模式， 为蓄电池组充电。
6. 无发电量，蓄电池工作在放电状态。全部功率模块关闭，无功率输 出，负载仅由蓄电池组供电。
7. 无发电量，蓄电池电量耗尽，系统停止工作。全部功率模块关闭， 蓄电池控制器也关闭，系统停止工作。
本发明的太阳能发电系统以及控制方法通过高压直流母线供逆变器负 载和低压直流母线供蓄电池充电，可实现对电池组的最大功率追踪 (MPPT)控制，实现最大的功率输出，并通过改进蓄电池的充电电路拓 朴，提高电功率变换的效率。
权利要求
1.一种太阳能发电系统，其特征在于其包括至少一太阳能电池组，主控制器，太阳能功率变换模块，蓄电池组，蓄电池放电模块以及逆变器，每组太阳能电池组分别通过一个太阳能功率变换模块并联连接于直流母线，所述的主控制器分别连接并控制该太阳能功率变换模块，蓄电池组，蓄电池放电模块以及逆变器。
2. 根据权利要求1所述的太阳能发电系统，其特征在于所述的直流母线包括高压直流母线以及低压直流母线，高压直流母线与逆变器相连并为其提供直流电压输入，低压直流母线与蓄电池相连。
3. 根据权利要求2所述的太阳能发电系统，其特征在于所述的太阳能功率变换模块包括输出接高压直流母线的升压电路以及输出接低压直流母线的降压电路，所述的升压电路以及降压电路并联连接。
4. 根据权利要求3所述的太阳能发电系统，其特征在于所述的升压电路以及降压电路的输入都是与该对应的太阳能电池组连接。
5. 根据权利要求4所述的太阳能发电系统，其特征在于所述升压电路的优先级高于降压电路。
6. 根据权利要求5所述的太阳能发电系统，其特征在于所述的主控制器包括主误差放大器，该主误差放大器与高压直流母线相连，所述的蓄电池包括蓄电池充电控制器，所述的蓄电池充电控制器控制太阳能功率变换模块中的降压电路工作。
7. —种太阳能发电控制方法，其包括以下步骤a每组太阳能电池组分别通过一个太阳能功率变换模块并联连接于直流母线；b所述的直流母线包括高压直流母线以及低压直流母线，高压直流母线与逆变器相连并为其提供直流电压输入，低压直流母线与蓄电池相连；c所述的太阳能功率变换模块包括输出接高压直流母线的升压电路以及输出接低压直流母线的降压电路；d通过主误差放大器检测高压直流母线电压，确定太阳能功率变换模块升压电路的工作状态；e通过蓄电池充电控制器控制太阳能功率变换模块中的降压电路工作。
8. 根据权利要求7所述的太阳能发电控制方法，其特征在于所述的升压电路以及降压电路的工作状态是MPPT状态，限流输出状态或者关闭状态。
9. 根据权利要求8所述的太阳能发电控制方法，其特征在于当所有的太阳能功率变换^t块都处于工作状态时，即太阳能电池组的输出无法匹配逆变器负荷和蓄电池组充电的要求，首先满足负载的用电需求，通过高压直流母线供电，其余的为低压直流母线供电，即为蓄电池组充电。
10. 根据权利要求9所述的太阳能发电控制方法，其特征在于根据发电量与负载用电量以及蓄电池充电量的关系，.确定所述的太阳能功率变换模块分别处于MPPT状态，限流模式或者关闭模式。
全文摘要
本发明提供一种太阳能发电系统，其包括至少一太阳能电池组，主控制器，太阳能功率变换模块，蓄电池组，蓄电池放电模块以及逆变器，每组太阳能电池组分别通过一个太阳能功率变换模块并联连接于直流母线，所述的主控制器分别连接并控制该太阳能功率变换模块，蓄电池组，蓄电池放电模块以及逆变器。本发明的太阳能发电系统通过高压直流母线供逆变器负载和低压直流母线供蓄电池充电，可实现对电池组的最大功率追踪(MPPT)控制，实现最大的功率输出，并通过改进蓄电池的充电电路拓扑，提高电功率变换的效率。
文档编号H02N6/00GK101599721SQ20091010819
公开日2009年12月9日 申请日期2009年7月9日 优先权日2009年7月9日
发明者张东来, 宏 王 申请人:哈尔滨工业大学深圳研究生院