高效率的光伏发电系统以及发电方法
【技术领域】
[0001]本发明属于太阳能利用技术领域，具体涉及一种高效率的光伏发电系统以及发电方法。
【背景技术】
[0002]在太阳能光伏发电系统中，光伏电池通常需要将多个光伏组件串联，以满足用户对电压或功率的要求。如图1所示，为典型的光伏发电系统的结构示意图，多个光伏组件串联后，接入DC-DC变换器，然后通过母线电容滤波、稳压后，接入逆变器，从而将直流电转换为交流电，馈入电网。
[0003]然而，当光伏组件串联连接时，光伏电池总输出电流由电流输出最小的光伏组件决定，而总输出电压为各光伏组件电压之和；而由于各片光伏组件性能不可能绝对一致，并且，光伏组件在实际应用中，还存在被周围建筑物、树木或电线杆等遮挡情况，因此，串联后的光伏电池输出总功率往往小于各个单体太阳能电池输出功率之和，从而降低了光伏电池发电量。
【发明内容】
[0004]针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种高效率的光伏发电系统以及发电方法，可有效解决上述问题。
[0005]本发明采用的技术方案如下:
[0006]本发明提供一种高效率的光伏发电系统，包括:光伏阵列、DC-DC变换器和逆变器;
[0007]所述光伏阵列由(m+n)个光伏组件串联而成，其中，m、n均为自然数；将所述(m+n)个光伏组件依次记为:光伏组件1、光伏组件2...光伏组件η...光伏组件(m+n);将光伏组件1、光伏组件2…光伏组件η记为第I光伏组串；将光伏组件η+1、光伏组件η+2…光伏组件(m+n)记为第2光伏组串，将所述第I光伏组串和所述第2光伏组串的连接点记为连接点M3 ；
[0008]所述DC-DC变换器包含上桥电路、下桥电路，所述上桥电路输入的正极形成所述DC-DC变换器输入正极P1，所述上桥电路输入的负极和所述下桥电路输入的正极连接在一起，形成所述DC-DC变换器输入中点M1，所述下桥电路输入的负极形成所述DC-DC变换器输入负极NI ;所述上桥电路输出形成所述DC-DC变换器输出正极P2，所述上桥电路输出的负极和所述下桥电路输出的正极连接在一起，形成所述DC-DC变换器输出中点M2，所述下桥电路输出的负极形成所述DC-DC变换器输出负极N2 ；
[0009]所述第I光伏组串的正极与所述DC-DC变换器输入正极Pl连接，所述第I光伏组串的负极与所述DC-DC变换器输入中点Ml连接；所述第2光伏组串的正极与所述DC-DC变换器输入中点Ml连接，所述第2光伏组串的负极与所述DC-DC变换器输入负极NI连接；所述DC-DC变换器输出与逆变器的输入连接。
[0010]优选的，所述第I光伏组串和所述第2光伏组串、以及所述DC-DC变换器构成光伏直流变换系统，所述逆变器输入与I个或多个所述光伏直流变换系统的输出连接。
[0011]优选的，所述第I光伏组串和所述第2光伏组串所包含的光伏组件的数量相同或不相同。
[0012]优选的，所述上桥电路包含第I电感L1、第I有源开关SI，第I 二极管Dl和第I母线电容Cl ;第I电感LI 一端与所述DC-DC变换器正极Pl连接，另一端和第I有源开关SI的一端连接，第I有源开关SI的另一端和与所述DC-DC变换器的输入中点Ml和输出中点M2连接，第I 二极管Dl的阳极与第I电感LI和第I有源开关SI的公共点连接，另一端与所述DC-DC变换器的输出正极P2连接，第I母线电容Cl 一端和输出正极P2连接，另一端和输出中点M2连接。
[0013]优选的，所述下桥电路包含第2电感L2、第2有源开关S2、第2 二极管D2和第2母线电容C2 ;第2电感L2 —端与所述DC-DC变换器负极NI连接，另一端和第2有源开关S2的一端连接，第2有源开关S2的另一端和与所述DC-DC变换器的输入中点Ml和输出中点M2连接，第2 二极管D2的阴极与第2电感L2和第2有源开关S2的公共点连接，另一端与所述DC-DC变换器的输出负极N2连接，第2母线电容C2 —端和输出中点M2连接，另一端和输出负极N2连接。
[0014]优选的，还包括:MPPT控制器、驱动隔离电路、第I光伏组串输出电压采集电路、第2光伏组串输出电压采集电路、第I光伏组串输出电流采集电路、第2光伏组串输出电流采集电路、上桥电路输出电压采集电路和下桥电路输出电压采集电路；
[0015]所述第I光伏组串输出电压采集电路、所述第2光伏组串输出电压采集电路、所述第I光伏组串输出电流采集电路、所述第2光伏组串输出电流采集电路、所述上桥电路输出电压采集电路和所述下桥电路输出电压采集电路均反馈连接到所述MPPT控制器的输入端，所述MPPT控制器的输出端通过所述驱动隔离电路分别与所述上桥电路的功率控制端和所述下桥电路的功率控制端连接。
[0016]本发明还提供一种高效率的光伏发电方法，包括:
[0017]逆变器开机工作后，DC-DC变换器初始化，母线电压初始值Vo稳定在设定值Vset ；然后，MPPT控制器实时采集得到上桥电路输出电压Vol和下桥电路输出电压Vo2，并判断上桥电路输出电压Vol和下桥电路输出电压Vo2的差值是否在设定值AV之内；如果判断结果为是，MPPT控制器工作于正常的MPPT状态；否则，MPPT控制器根据内部约束条件，控制DC-DC变换器从上桥电路和下桥电路中选择一路桥电路进行ΜΡΡΤ，另一路不再MPPT ；如果后级逆变器调节上桥电路输出电压Vol和下桥电路输出电压Vo2，则Vol和Vo2由逆变器控制；如果后级逆变器不调节上桥电路输出电压Vol和下桥电路输出电压Vo2，则Vol和Vo2根据DC-DC变换器上桥电路和下桥电路各自的功率进行分配。
[0018]本发明的扩展技术方案如下:
[0019]本发明提供一种高效率的光伏发电系统，包括:光伏阵列、DC-DC变换器和逆变器;
[0020]所述光伏阵列由(a*b)个光伏组件串联而成，其中，a、b均为自然数；将所述(a*b)个光伏组件依次记为:光伏组件1、光伏组件2...光伏组件(a*b);将光伏组件1、光伏组件2…光伏组件b记为第I光伏组串；将光伏组件b+Ι、光伏组件b+2...光伏组件(2*b)记为第2光伏组串，依次类推，总共有a个光伏组串；
[0021]所述DC-DC变换器包括a个MPPT功率变换单元；每个所述MPPT功率变换单元的输入端与I个所述光伏组串连接；每个所述MPPT功率变换单元的输出端与其它MPPT功率变换单元的输出端采用首尾相连式的方式串联；所述a个MPPT功率变换单元串联后，新形成的输出端与所述逆变器直流输入端并联连接；所述MPPT功率变换单元独立跟踪每个光伏组串的最大功率，实现整个组串的最大功率输出。
[0022]本发明提供的高效率的光伏发电系统以及发电方法，具有以下优点:
[0023](I)将串联的光伏组串分为多个子组串，一个DC-DC变换器的多组独立控制电路可以对每个子组串进行最大功率点跟踪MPPT，因此，当某个子组串的组件存在严重老化、污秽或阴影遮挡等问题，而导致该光伏组件输出电流下降时，只有该子组串的输出功率受影响，而其他子组串保持原有的输出功率不变，从而有效减少了组件串联时电流或功率失配的影响，有效提高整体组串的发电量；
[0024](2) DC-DC变换器由于采用上桥电路和下桥电路的连接方式，上桥电路和下桥电路可以选用耐压较低的功率器件，提高效率。
[0025](3)通过一个DC-DC变换器的两个控制电路独立对两个子组串进行功率优化，相对于一个DC-DC变换器对一个子组串进行功率优化，降低了变换器成本及组串与变换器之间电缆的成本，简化了工程施工。
【附图说明】
[0026]图1为现有技术提供的太阳能光伏发电系统的结构示意图；
[0027]图2为本发明实施案例提供的太阳能光伏发电系统在只有一个光伏阵列时的结构原理示意图；
[0028]图3为本发明实施案例提供的太阳能光伏发电系统在具有多个光伏阵列时的结构原理示意图；
[0029]图4为本发明实施案例提供的太阳能光伏发电系统的具体电路示意图；
[0030]图5为本发明实施案例提供的高效率的光伏发电方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0031]实施案例
[0032]本发明提供一种高效率的光伏发电系统，包括:光伏阵列、DC-DC变换器和逆变器;
[0033]光伏阵列由(m+n)个光伏组件串联而成，其中，m、η均为自然数；将该(m+n)个光伏组件依次记为:光伏组件1、光伏组件2...光伏组件η...光伏组件(m+n);将光伏组件1、光伏组件2...光伏组件η记为第I光伏组串；将光伏组件η+1、光伏组件η+2...光伏组件(m+n)记为第2光伏组串，将第I光伏组串和所述第2光伏组串的连接点记为连接点M3 ;
[0034]DC-DC变换器包含上桥电路、下桥电路，上桥电路输入的正极形成所述DC-DC变换器输入正极P1，上桥电路输入的负极和下桥电路输入的正极连接在一起，形成DC-DC变换器输入中点M1，下桥电路输入的负极形成DC-DC变换器输入负极NI ;上桥电路输出形成DC-DC变换器输出正极P2，上桥电路输出的负极和下桥电路输出的正极连接在一起，形成DC-DC变换器输出中点M2，下桥电路输出的负极形成DC-DC变换器输出负极N2 ；
[0035]第I光伏组串的正极与DC-DC变换器输入正极Pl连接，第I光伏组串的负极与所述DC-DC变换器输入中点Ml连接；第2光伏组串的正极与所述DC-DC变换器输入中点Ml连接，所述第2光伏组串的负极与所述DC-DC变换器输入负极NI连接；DC-DC变换器输出与逆变器的输入连接；
[0036]因此，在本发明中，第I光伏组串与DC-DC变换器中上桥电路连接，则上桥电路电路可以单独跟踪第I光伏组串的最大功率；同理，第2光伏组串与DC-DC变换器中下桥电路连接，则下桥电路电路可以单独跟踪第2光伏组串的最大功率。因此，当某个组串的组件存在严重老化、污秽或阴影遮挡等问题，而导致该光伏组件输出电流下降时，只有该组串的输出功率受影响，而另一个组串保持原有的输出功率不变，从而有效减少了组件串联时电流或功率失配的影响，有效提高整体组串的发电量。而且，DC-DC变换器由于采用上桥电路和下桥电路的连接方式，上桥电路和下桥电路可以选用耐压较低的功率器件，提高效率。
[0037]基于上述思想，提出了图2中的发明专利。
[0038]第I光伏组件组串、第2光伏组件组串、DC-DC变换器构成光伏直流变换系统。实际上，逆变器输入可以由多个类似的光伏直流变换系统的输出连接，形成图3中的系统结构。
[0039]图4为本发明中，DC-DC变换器的一种实现方式:
[0040]上桥电路包含第I电感L1、第I有源开关SI，第I 二极管Dl和第I母线电容Cl ；第I电感LI 一端与所述DC-D