一种光伏组件串功率优化系统的制作方法

本实用新型涉及一种光伏控制系统，特别涉及一种光伏串优化系统。

背景技术：

在光伏发电应用中存在多个层面的功率失配现象，首先光伏电池板本身存在一定的容差，导致每块光伏板输出最大功率的稳态运行点有差别；当多个光伏电池连接成串输出给光伏逆变器供电时，由于参数匹配、光照不均、阴影遮蔽等情况综合作用，导致功率失配现象更加严重，光伏的利用率进一步下降。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种光伏组件串功率优化系统，消除失配现象，提高太阳能的利用率。

本实用新型的目的是这样实现的：一种光伏组件串功率优化系统，包括控制系统和主电路，所述主电路由多组结构相同的优化组件组成，所述优化组件包括：

主功率模块，用以输入匹配光伏组件的能量给从功率模块，平衡从功率模块输出的能量；

从功率模块，根据光伏组件发出的电压电流控制其自身的输出电压，以保持光伏组件发出当前最大稳态功率；

光伏组件，由多个光伏板串联而成，形成光伏串；

主功率模块的输入连接在逆变器输入母线和地之间；主功率模块的输出端与从功率模块的输入端相连；从功率模块管理光伏组件，每个从功率模块的输出端连接在光伏组件的正输出端和逆变器母线之间；

所述控制系统控制主功率模块输出低压直流电压，保持输出功率平衡；所述控制系统控制从功率模块根据逆变器直流母线电压和计算出的光伏组件最大功率点电压实时调整其输出电压值，保持每个光伏串处于系统约束及环境约束下的最大功率输出点。

作为本实用新型的进一步限定，所述主功率模块为隔离型双向直流到直流变换器，输入为逆变器直流母线电压，输出为低压直流电；其主电路包括第一功率IGBT开关管Q1、第二功率IGBT开关管Q2、第三功率IGBT开关管Q3、第四功率IGBT开关管Q4、电力变压器T、第五功率MOS管Q5、第六功率MOS管Q6、第七功率MOS管Q7、第八功率MOS管Q8以及第一母线电容C1；第一功率IGBT开关管Q1的集电极、第三功率IGBT开关管Q3的集电极与逆变器输入母线相连，第一功率IGBT开关管的源极与第二功率IGBT开关管Q2的集电极相连，第三功率IGBT开关管Q3的源极与第四功率IGBT开关管Q4的集电极相连，第二功率IGBT开关管Q2的源极、第四功率IGBT开关管Q4的源极接地，电力变压器T原边一端接第一功率IGBT管Q1与第二功率IGBT管Q2之间的电极点A，另一端接第三功率IGBT管Q3与第四功率IGBT管Q4之间的电极点B，电力变压器T副边的一端与电极点C相连接，另一端与电极点D相连接，电极点C位于第五功率MOS管Q5源极与第六功率MOS管Q6漏极之间，电极点D位于第七功率MOS管Q7源极与第八功率MOS管Q8漏极之间，第五功率MOS开关管Q5的漏极、第七功率MOS开关管Q7的漏极与输出母线正极BUSP相连，第五功率MOS开关管Q5的源极与第六功率MOS开关管Q6的漏极相连，第七功率MOS开关管Q7的源极与第八功率MOS开关管Q8的漏极相连，第六功率MOS开关管Q6的源极、第八功率MOS开关管Q8的源极与输出母线负极BUSN连接，第一母线电容C1跨接在输出母线正极BUSP与输出母线负极BUSN两端。

作为本实用新型的进一步限定，所述从功率模块的主电路包括第一电感LM1、第九功率MOS管Q9、第二电感LM2、第三电容C3、第十功率MOS管Q10、第二电容C2；第九功率MOS管Q9的漏极接母线正极BUSP，第九功率MOS管Q9的源极与第三电容C3的一端相连接，第三电容C3的另一端与第十功率MOS管Q10的漏极相连接，第二功率MOS管的源极接母线负极BUSN相连接，第一电感LM1的一端接母线正极BUSP，第一电感LM1的另一端与第十功率MOS管Q10的漏极相连接，第二电感LM2的一端与第九功率MOS管Q9的源极相连接，第二电感LM2的另一端接逆变器输入母线，母线负极BUSN与光伏组件的输出端相连，第二电容C2的一端接逆变器输入母线，第二电容C2的另一端接母线负极BUSN。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：利用高频电力变换技术将一个正负连续可控电压源插入到光伏组件中，使得每组并联发电的光伏组件都能工作于最大输出功率点；由于插入的可控电压源电压低，所以主从功率模块的处理的电功率也低，即实用新型中提出的优化系统相对于现有方案损耗非常小。本实用新型可用于光伏发电中。

附图说明

图1为本实用新型系统结构示意图。

图2为本实用新型中主功率模块电路图。

图3为本实用新型中从功率模块电路图。

图4为本实用新型中主功率模块控制原理图。

图5为本实用新型中从功率模块控制原理图。

具体实施方式

如图1-3所示的一种光伏组件串功率优化系统，包括控制系统和主电路，所述主电路由多组结构相同的优化组件组成，所述优化组件包括：

主功率模块PM，用以输入匹配光伏组件的能量给从功率模块SM，平衡从功率模块SM输出的能量，所述主功率模块PM为隔离型双向直流到直流变换器，输入为逆变器直流母线电压，输出为低压直流电；其主电路包括第一功率IGBT开关管Q1、第二功率IGBT开关管Q2、第三功率IGBT开关管Q3、第四功率IGBT开关管Q4、电力变压器T、第五功率MOS管Q5、第六功率MOS管Q6、第七功率MOS管Q7、第八功率MOS管Q8以及第一母线电容C1；第一功率IGBT开关管Q1的集电极、第三功率IGBT开关管Q3的集电极与逆变器输入母线相连，第一功率IGBT开关管的源极与第二功率IGBT开关管Q2的集电极相连，第三功率IGBT开关管Q3的源极与第四功率IGBT开关管Q4的集电极相连，第二功率IGBT开关管Q2的源极、第四功率IGBT开关管Q4的源极接地，电力变压器T原边一端接第一功率IGBT管Q1与第二功率IGBT管Q2之间的电极点A，另一端接第三功率IGBT管Q3与第四功率IGBT管Q4之间的电极点B，电力变压器T副边的一端与电极点C相连接，另一端与电极点D相连接，电极点C位于第五功率MOS管Q5源极与第六功率MOS管Q6漏极之间，电极点D位于第七功率MOS管Q7源极与第八功率MOS管Q8漏极之间，第五功率MOS开关管Q5的漏极、第七功率MOS开关管Q7的漏极与输出母线正极BUSP相连，第五功率MOS开关管Q5的源极与第六功率MOS开关管Q6的漏极相连，第七功率MOS开关管Q7的源极与第八功率MOS开关管Q8的漏极相连，第六功率MOS开关管Q6的源极、第八功率MOS开关管Q8的源极与输出母线负极BUSN连接，第一母线电容C1跨接在输出母线正极BUSP与输出母线负极BUSN两端；

从功率模块SM，根据光伏组件发出的电压电流控制其自身的输出电压，以保持光伏组件发出当前最大稳态功率，所述从功率模块SM的主电路包括第一电感LM1、第九功率MOS管Q9、第二电感LM2、第三电容C3、第十功率MOS管Q10、第二电容C2；第九功率MOS管Q9的漏极接母线正极BUSP，第九功率MOS管Q9的源极与第三电容C3的一端相连接，第三电容C3的另一端与第十功率MOS管Q10的漏极相连接，第二功率MOS管的源极接母线负极BUSN相连接，第一电感LM1的一端接母线正极BUSP，第一电感LM1的另一端与第十功率MOS管Q10的漏极相连接，第二电感LM2的一端与第九功率MOS管Q9的源极相连接，第二电感LM2的另一端接逆变器输入母线，母线负极BUSN与光伏组件的输出端相连，第二电容C2的一端接逆变器输入母线，第二电容C2的另一端接母线负极BUSN；

光伏组件，由多个光伏板串联而成，形成光伏串PV；

主功率模块PM的输入连接在逆变器输入母线P和地GND之间；主功率模块PM的输出端与从功率模块SM的输入端相连；主功率模块PM输出端母线正极为BUSP、母线负极为BUSN，从功率模块SM管理光伏组件，每个从功率模块SM的输出端连接在光伏组件的正输出端和逆变器母线之间，从功率模块SM输出端的一端StringP接逆变器输入母线P，另一端StringN接光伏串PV输出但；

所述控制系统控制主功率模块PM输出低压直流电压，保持输出功率平衡；所述控制系统控制从功率模块SM根据逆变器直流母线电压和计算出的光伏组件最大功率点电压实时调整其输出电压值，保持每个光伏串PV处于系统约束及环境约束下的最大功率输出点。

本实用新型中控制系统在控制过程中主要实现两个功能，1）控制主功率模块PM输出端BUSPi和BUSNi之间的能量平衡；2）根据每串光伏电池发出的电压电流控制从功率模块SM的输出电压，保持每串光伏电池发出当前最大稳态功率；上述两项功能通过以下控制方法实现。

本实用新型工作时，如图4-5所示，分别对主功率模块PM和从功率模块SM进行控制；所述主功率模块PM控制方法为：控制前调节第一功率IGBT开关管Q1和第四功率IGBT开关管Q4同逻辑，第一功率IGBT开关管Q1和第二功率IGBT开关管Q2逻辑互补，第三功率IGBT开关管Q3和第四功率IGBT开关管Q4逻辑互补，第五功率MOS管Q5和第八功率MOS管Q8同逻辑，第五功率MOS管Q5和第六功率MOS管Q6逻辑互补，第七功率MOS管Q7和第八功率MOS管Q8逻辑互补，第一功率IGBT开关管Q1和第五功率MOS管Q5直接存在相位差phase；控制时，将主模块输出电压v_BUS采样后和设定值V^*_BUS相比，进行闭环控制，将匹配光伏串PV的能量抽出或送回逆变器直流母线，闭环控制过程中控制器输出限幅在[-90，90]之间；

所述从功率模块SM的控制方法为：控制前调节第九功率MOS管Q9与第十功率MOS管Q10逻辑互补，控制时，测量光伏串PV的电压和电流，根据常规的最大功率点追踪算法算出该光伏串PV应运行的稳态电压点，再根据实时逆变器母线电压V_P-GND算出插入的电压，通过闭环控制利用电压控制器算出第九功率MOS管Q9的占空比d，从而控制从功率模块SM输出电压，即StringP和StringN之间的电压。当此电压插入光伏组件和逆变器直流母线之间后，自然强制改变光伏组件的端电压，可将光伏组件的工作点调整至最优工作点，输出当前环境下的最大电功率。

本实用新型并不局限于上述实施例，在本实用新型公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本实用新型的保护范围内。