用于光伏能量产生源的微转换器装置及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明设及一种用于光伏能量(photovoltaic ene;rgy)产生源的微转换器(micro converter)装置及其控制方法。
【背景技术】
[0002] 通常，太阳能光伏发电系统是将无公害且无限的太阳能直接转换为电能的系统， 近来作为新的再生能源受到关注。
[0003] 运种太阳能光伏发电系统必须具有光伏模块(陆OtoVol化ic Module;PV模块），为 了提高太阳能光伏发电效率在中央的逆变器进行最大功率点跟踪(Maximum Power化int Tracking; W下称为"MPPT")。一个逆变器上会接入数千个光伏模块，而一个光伏模块的输 出电压及电流小，因此作为逆变器的输入提供从多个光伏模块串联而成的模块串（string) 输出的电压(上升的输出电压)和从并联的多个模块串输出的电流(上升的输出电流）。
[0004] W模块串为单位来看，由于内部串联有多个光伏模块，当某一模块的特性降低而 输出小于周围其他模块的电流时，将发生特性降低的光伏模块电流值即为模块串整体电流 值的问题。另外，在多个模块串并联的结构中，模块串的电压不一致时也会发生整体降至最 低电压的问题。
[0005] 模块串内部的某一模块的特性降低的理由缘于阴影、灰尘、落叶、模块间的劣化所 导致的特性变化等。
[0006] 例如，光伏模块随着太阳光日照量的改变电流-电压及功率(power)-电压特性曲 线会发生变化，在模块串内部形成局部阴影时，形成阴影的光伏模块会按照该特性曲线电 流值降低，因此模块串整体的电流W最低电流值为准。
[0007] 此外，近来通过安装W模块为单位进行最大功率点跟踪的微转换器，在一定程度 上弥补了某一模块特性降低的问题。
[000引关于采用微转换器的太阳能光伏发电装置的现有技术掲露于韩国授权专利第10-1245827号。根据该在先技术文献，为了提高对太阳能光伏发电系统领域的能效W及降低成 本，各光伏模块(PV模块)具备微转换器，在所述微转换器中实时应对单位模块的环境/状况 因素并进行功率/环境监视。
[0009]图1是串联结构(化scade方式）中光伏模块上设置最大功率点跟踪装置及直流/直 流转换器的微转换器系统的构造图。
[0010] 在图1中，附图标记10表示一个光伏模块，附图标记11表示接线盒(Junction box, J/B)，附图标记12表示与接线盒11一一对应的微转换器。
[0011] 微转换器12的作用是调整光伏模块的电压W百分之百接收光伏模块10的输出功 率成为MPP(Maximum化wer化int)状态，再将功率输出到模块串。此时，微转换器12本身会 消耗2~3%左右的能量。因此，当日照量高无云且模块间没有劣化的情况下，反而比未安装 微转换器时生产电力降低，运称为插入损耗(Insertion loss)。
[0012] 另外，如上所述的现有技术为了防止某一模块特性降低的问题，需要将微转换器 设置在每个模块上，因此存在系统价格上升的问题。例如，1MW级大型太阳能光伏发电厂使 用4000个左右的250W级光伏模块，运样就会造成微转换器对系统成本产生极大影响。
【发明内容】
[001引技术问题
[0014] 为了解决如上所述的诸多问题，本发明提供一种使插入损耗最小化且电感上流着 过电流时也能应对的用于光伏模块的微转换器装置及其控制方法。
[0015] 本发明的另一个目的在于提供一种可最大限度地减少为提高输出效率而安装的 微转换器的设置数量W降低太阳能光伏发电系统设置成本的用于光伏模块的微转换器装 置及其控制方法。
[0016] 本发明的又一目的在于提供一种可使微转换器的核屯、功能S0C(system on chip) 化且一个SOC内部中重复配置微转换器专用电路W减少太阳能光伏发电系统所需的微转换 器盒(micro converter box)的用于光伏模块的微转换器装置。
[0017]技术方案
[0018] 根据本发明一个特征的用于光伏能量产生源的微转换器装置包括:微转换器，所 述微转换器连接在串联的多个光伏能量产生源上，用于根据所述多个光伏能量产生源的生 产电力之差改变电流路径W补偿光伏能量产生源之间的电流偏差；W及模块串控制器 (string controller)，所述模块串控制器基于从所述微转换器输出的光伏能量产生源的 生产电力来控制所述微转换器的占空比(duty cycle)W调整光伏能量产生源的电压。
[0019] 所述微转换器可与所述光伏能量产生源并联。
[0020] 而且，所述微转换器还可包括接线盒，所述接线盒与对应的光伏能量产生源结合 而起到将对应的光伏能量产生源的输出向其他光伏能量产生源输出的接口作用。
[0021] 另外，所述微转换器可包括用于补偿电流偏差的电感、W及设于所述电感的一端 上并设定电流路径的开关。
[0022] 此外，所述微转换器还可包括模块控制器，所述模块控制器将所述光伏能量产生 源的电压及电流检测值传送到所述模块串控制器，接收从所述模块串控制器传送的占空比 控制数据及运行数据，并基于所述接收的占空比控制数据及所述运行数据来控制所述开关 的占空比或者W截止模式(duty off mode)运行。
[0023] 所述模块串控制器可包括:通信模块，所述通信模块与所述微转换器进行通信，W 接收光伏能量产生源的电压及电流检测值并传送到所述微转换器;最大功率点计算单元， 所述最大功率点计算单元W通过所述通信模块接收的各光伏能量产生源的电压及电流值 为准计算出最大功率点；W及占空比控制器，所述占空比控制器根据所述最大功率点计算 单元计算出的最大功率点向所述微转换器传送占空比控制信号，用W调整光伏能量产生源 的电压(duty controller)。此时，所述占空比控制器通过对比所述各光伏模块的电压及电 流值与参考值判断是否为截止(duty off)及过电流，是截止模式时向所述微转换器传送截 止数据(duty off data)W消除插入损耗。
[0024] 此外，根据本发明另一个特征的用于光伏能量产生源的微转换器装置包括基于跟 踪到的最大功率点控制占空比W使光伏能量产生源的输出保持一定的功率控制器，所述功 率控制器包括:数字处理单元，所述数字处理单元根据基于由直接检测自所述光伏能量产 生源的电压跟踪到的最大功率点的第一占空比控制信号或传送自外部模块串控制器的第 二占空比控制信号来产生功率控制信号；W及模拟处理单元，所述模拟处理单元向所述数 字处理单元提供检测自光伏能量产生源的电压，并根据产生自所述数字处理单元的功率控 制信号来生成用于驱动外部的开关的控制信号。
[0025] 此时，所述功率控制器能够WSOC形式实现。
[0026] 另外，所述微转换器装置可并联排列有至少两个W上的所述功率控制器。此时，所 述两个W上的功率控制器电源和接地(ground)各自分离而可W独立运行。
[0027] 而且，所述数字处理单元可包括:滤波器(filter),所述滤波器对传送自所述模拟 处理单元的光伏能量产生源的检测电压及电流进行滤波而平均化;主接口器，所述主接口 器接收从所述模块串控制器传送的所述第二占空比控制信号；最大功率点跟踪单元，所述 最大功率点跟踪单元由输出自所述滤波器的光伏能量产生源的电压及电流计算出功率，基 于计算出的功率跟踪最大功率点W产生光伏能量产生源电压参考值；占空比控制器，所述 占空比控制器输出所述第一占空比控制信号W使产生自所述最大功率点跟踪单元的光伏 能量产生源电压参考值与实际光伏能量产生源电压相同；多路复用器(multiplexer)，所述 多路复用器根据光伏能量产生源的模式选择并输出所述第一占空比控制信号和所述第二 占空比控制信号中的任何一个；W及PWM信号发生器，所述PWM信号发生器根据从所述多路 复用器输出的占空比控制信号产生脉宽调制(PWM)信号。
[0028] 此时，所述微转换器还可包括:多个通信模块，所述多个通信模块接收从所述模块 串控制器传送的所述第二占空比控制信号并传送到所述功率控制器；W及多个电流调整单 元，所述多个电流调整单元补偿电流偏差并设定电流路径。
[0029] 另外，所述微转换器还可包括:通信模块，所述通信模块接收从所述模块串控制器 传送的占空比数据;主控制器，所述主控制器根据从所述通信模块接收的所述占空比数据 产生占空比控制信号；多个电平位移器，所述多个电平位移器调整产生自所述主控制器的 占空比控制信号的电平W输出到所述功率控制器；W及多个电流调整单元，所述多个电流 调整单元按照所述功率控制器的控制补偿电流偏差并设定电流路径。
[0030] 此外，根据本发明又一个特征的用于光伏能量产生源的微转换器装置的控制方 法，包括W下步骤：
[0031] (a)所述模块串控制器基于传送自所述微转换器的光伏能量产生源的电压跟踪最 大功率点，根据跟踪到的最大功率点生成占空比并传送到所述微转换器(b)所述模块串控 制器在所述微转换器内部的电感电流为过电流时，W提升整体电压来降低所述电感的电流 或者降低输出功率下降的所述光伏能量产生源的电压而提高其他光伏能量产生源的电压 的方向重新计算占空比后，将占空比传送到所述微转换器；^及山)所述模块串控制器检索 所述光伏能量产生源的电压及电流是截止模式时，向所述微转换器传送截止数据W使所述 微转换器截止。
[0032] 有益效果
[0033] 根据本发明实施例，具有可使插入损耗最小化且电感上流着过电流时也能应对的 优点。
[0034] 根据本发明实施例，还具有可最大限度地减少为提高输出效率而安装的微转换器 的设置数量W降低太阳能光伏发电系统设置成本的优点。
[0035] 另外，根据本发明实施例，具有可使微转换器的核屯、功能SOC化且一个SOC内部中 重复配置微转换器专用电路W减少太阳能光伏发电系统所需的微转换器盒的优点。
[0036] 此外，具有可最大限度地减少太阳能光伏发电系统所需的微转换器盒W降低太阳 能光伏发电系统构建成本的优点。
【附图说明】
[0037] 图1是现有微转换器系统的构造图。
[0038] 图2是本发明实施例中说明的电池、子模块及模块的构造图。
[0039] 图3是示出电池、子模块、模块的I-V特性例的视图。
[0040] 图4是本发明第一实施例的用于光伏模块的微转换器装置的构造图。
[0041 ]图5是图3所示微转换器装置的电缆接线图。
[0042] 图6是详细示出本发明第一实施例的微转换器的构造图。
[0043] 图7是示出本发明第一实施例的模块串控制器的视图。
[0044] 图8至图10是示出本发明第一实施例的用于光伏模块的微装置变形例的视图。
[0045] 图11是示出本发明第一实施例的用于光伏模块的微转换器装置模拟结果的视图。
[0046] 图12是示出本发明第一实施例的设于微转换器的模块控制器中进行控制的过程 的视图。
[0047] 图13是示出本发明第一实施例的模块串控制器中对微转换器进行控制的过程的 流程图。
[0048] 图14示出电感上流着过电流时光伏模块电流的模式。
[0049] 图15是本发明第二实施例的用于光伏能量产生源的微转换器所具备的功率控制 单元的构造图。
[0050] 图16是详细示出本发明第二实施例的功率控制单元的数字处理单元和模拟处理 单元的视图。
[0051] 图17是本发明第二实施例的功率控制单元适用于串联结构型微转换器装置时的 构造图。
[0052] 图18是本发明第