一种光伏优化系统及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于新能源技术领域，涉及太阳能光伏电池并网/离网系统的最大功率点跟踪技术，特别涉及一种新能源发电系统，以及相应的混合最大功率跟踪方法。
【背景技术】
[0002]发展光伏发电技术是应对能源和环境危机的重要举措。由于光伏发电设备成本高而能量转换效率低，极大增加了发电成本，限制了光伏发电技术的推广和应用。
[0003]根据逆变器的不同，光伏发电系统主要有如下几类:电站型逆变器光伏发电系统、组串型逆变器光伏发电系统、微逆变器光伏发电系统。目前组串级逆变器光伏发电系统应用较为广泛；组串级逆变器光伏发电系统相对电站型逆变器光伏发电系统具有安装灵活方便的特点，可安装于屋顶、院子等面积较小的场地，相对与微逆变器光伏发电系统又具有成本优势。但组串型逆变器只能实现组串级的MPPT，当组串中的光伏电池间因为生产的不一致、损坏、遮挡等因素具有较大mismatch时，串联耦合会严重影响系统的发电量。
[0004]现阶段普遍是通过加装优化器解决上述串联耦合引起的发电量降低问题，但因为光伏电池的全部功率通过优化器输出，优化器本身损耗较大，发热严重、体积较大，为满足功率要求，需要选用额定功率较大的元器件，造成成本高。
[0005]综合考虑上述因素，损耗小、成本低的解决方案就成为迫切需求。
【发明内容】
[0006]针对现有串级逆变器光伏发电系统存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种损耗小、成本低的光伏优化系统。
[0007]本发明的目的之二在于提供一种基于上述优化系统实施的优化控制方法。
[0008]由此构成的优化方案通过光伏电池间功率补偿实现光伏电池级最大功率跟踪，其损耗小、成本低有效解决现有技术所存在的问题。
[0009]为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案:
[0010]目的1: 一种光伏优化系统，所述光伏优化系统包括η个光伏电池、η-1个功率补偿器、一个串级逆变器，所述η个光伏电池的输出端依次串联后与后级的串级逆变器输入端并联；所述组串的光伏电池中每两相邻的光伏电池的输出端分别与一功率补偿器的两个输入端并联，功率补偿器根据每个光伏电池最大功率跟踪控制原则，对相邻两个光伏电池进行功率补偿，补偿功率可依次通过相邻的多个功率补偿器进行传递。
[0011]在发电系统的优选实例中，所述功率补偿器为一隔离或者非隔离DC-DC变换器。
[0012]进一步的，所述功率补偿器两个输入端口完全一致，功率可以双向传递。
[0013]进一步的，所述功率补偿器可通过分时机制对两个输入端口分时段分别进行MPPT控制。
[0014]目的2:基于上述系统实施的控制方法，该方法通过光伏电池间的功率补偿实现光伏电池级最大功率跟踪。
[0015]在控制方法的优选方案中，所述控制方法通过功率补偿器和后级组串型逆变器分别对单个光伏电池和整个组串光伏发电系统的输出功率做MPPT，同时组串中的差异电流通过功率补偿器间传递补偿，使得各光伏电池满足串联电流相等的约束条件，同时也分别实现各光伏电池的最大功率跟踪。
[0016]进一步的，所述控制方法通过功率补偿器补偿光伏电池间的差异电流即可实现每个光伏电池的最大功率输出；功率补偿器两个输入端口通过分时机制分时段进行控制，当其上任一输入端口增大电压后，如果对应光伏电池输出功率增大则电压继续增加直至对应光伏电池的输出功率减小为止；当其上任一输入端口降低电压后，如果对应光伏电池输出功率增大则电压继续降低直至光伏电池输出功率减小为止。
[0017]再进一步的，所述控制方法的具体实施如下:
[0018](I)当系统开始工作时，功率补偿器分别对每个光伏电池的输出功率做MPPT，即分别调节111，112-1111为与当前条件对应的固定值，以实现各个光伏电池的10^1'，各光伏电池的输出功率分别为P1= i !^u1, P2= i 2*u2,…，Pn= in*un，其中ip i2...iA光伏电池最大功率点处的输出电流，U1, ιν..ιιη为光伏电池最大功率点处的电压，i 1、司因为各种mismatch存在差异；
[0019](2)各光伏电池串联电流相等，即U= 1。2 =…=im，则各光伏电池输入补偿器的电流为ifid、…，各光伏电池输入补偿器的功率为Ap1, Δρ^..Δρη，Δρη=
(in-1on)*un；
[0020](3)通过功率补偿器，实现功率在各光伏电池间传递补偿，以使得各光伏电池串联电流相等，实现各光伏电池的MPPT，因此Λ Ρι+Λ ρ2+...+Λ Pn= O。
[0021]根据上述方案形成的本发明具有以下优点:
[0022](I)本发明提供的光伏电池级最大功率跟踪光伏系统及其控制方法具有极高的系统效率，极低的自身损耗，功率补偿器全负载范围内的变换效率可达99.5%以上。系统输出能量与应用普通优化器的系统相比，预计可提高1.5%?2% (此百分点由功率补偿器和普通优化器的损耗差值决定)。
[0023](2)本发明提供的光伏电池级最大功率跟踪光伏系统及其控制方法具有极高的系统可靠性，因为功率补偿器与光伏电池的输出端口都是并联关系，即便功率补偿器失效也不影响原系统的正常工作。
[0024](3)本发明提供的光伏电池级最大功率跟踪光伏系统及其控制方法具有低成本、高稳定性的特点，由于功率补偿器只处理光伏电池整体功率的20%以下，损耗小，发热少，功率部分成本大幅度降低，体积、重量也大幅减小。
【附图说明】
[0025]以下结合附图和【具体实施方式】来进一步说明本发明。
[0026]图1为光伏电池间功率补偿实现光伏电池级最大功率跟踪的光伏系统框图；
[0027]图2为功率补偿器优选实例电路图；
[0028]图3为功率补偿器优选实例控制框图。
[0029]图中符号说明:
[0030]1l1-1Oln—光伏电池；102—功率补偿器；103—组串逆变器；104—蓄电池、电网或者其他用电负载；105—直流母线；ubus—组串逆变器直流输入侧母线电压；ρι、ρ2...ρη—光伏电池最大输出功率i2-1n—光伏电池最大功率点处的输出电流—光伏电池串联电流。
【具体实施方式】
[0031]为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
[0032]参见图1，其所示为本发明提供的利用光伏电池间功率补偿实现光伏电池级最大功率跟踪的光伏优化系统的框图。由图可知，本光伏优化系统100由η个光伏电池101「101η、η-1个功率补偿器102^102^和一个串级逆变器103构成。
[0033]其中，η个光伏电池1l1-1Oln的输出端依次串接，η个光伏电池101「101η的输出侧依次串联形成高压直流母线105，再与组串逆变器103的输入端并联，串级逆变器103的输出端连接蓄电池、电网或者其他用电负载104。
[0034]同时，组串的η个光伏电池1l1-1Oln*，每两个相邻的光伏电池的输出端将与一个功率补偿器输入端口并联。如图，光伏电池1l1与光伏电池1012的输出端与功率补偿器
的输入端并联，光伏电池1l2与光伏电池101 3的输出端与功率补偿器102 2的输入端并联，以此类推，实现每个功率补偿器控制连接组串的两个相邻的光伏电池。
[0035]该系统中，每个功率补偿器根据每个光伏电池最大功率跟踪控制原则，对相邻两个光伏电池进行功率补偿，补偿功率可依次通过相邻的多个功率补偿器进行传递，从而在整个组串中的任意光伏电池间实现功率补偿，从而实现每个光伏电池的最大功率跟踪。
[0036]而组串逆变器103对整个组串形成的光伏系统的输出功率做ΜΡΡΤ。
[0037]在具体实现时，功率补偿器102^102^为一隔离或者非隔离DC-DC变换器，优选实例如图2所示，光伏电池一、光伏电池二对应两个输入端口，Cl、C