专利名称：一种光伏发电dc-dc变换器及其控制方法
技术领域：
本发明的技术方案涉及带有中间变换为交流的直流功率输入变换为直流功率输出的变换器，具体地说是一种光伏发电DC-DC变换器及其控制方法。
背景技术：
太阳能光伏发电技术是新能源和可再生能源中最具有发展前途的方式，光伏并网发电技术已成为太阳能光伏应用的主流。最新统计资料表明截止2008年底，光伏系统全球总的装机容量已经达到了 13. 4GW ；较之2007年，2008年光伏系统总的装机容量增长了 50% ；光伏并网系统在2008年大约占光伏系统总的装机容量的99%。对于特定的太阳光辐射、温度及电池类型，太阳能光伏系统都相应有唯一的最大功率点，如果不实现最大功率点跟踪，系统的效率就非常低。现有的光伏发电系统是由许多紧密相连的太阳电池板组成。这些电池板先分组串联，再将不同的串联电池组并联起来，以满足发电需要。现有的光伏发电系统的缺点是，如果串联电池组中的某个电池发生故障，会导致整个电池组失效。现有的光伏发电系统更为常见的问题是，当光伏阵列模块受到局部阴影或碎杂物体遮蔽时，或因日照不均以及太阳电池特性不均导致局部输出功率下降，会进而引起整个太阳电池板电池组的输出功率大幅降低。例如只要几块电池板有阴影或树叶遮蔽，整个光伏发电系统的发电量便会大幅地下跌。更具体举例，只要有10%的电池板面积被遮盖，系统的总发电量便会下跌50%。CN101976952A公开了光伏发电系统的串联谐振DC-DC变换器，而该DC-DC变换器是单相，其输出纹波大，并且不能解决光伏系统发电中“串联中的某个光伏电池发生故障， 会导致整个电池组失效”以及“光伏阵列模块受局部阴影或碎杂物体遮蔽而降低整个系统的效率”这两个问题。CN1346535.CN101051789和CN101610033所公开的DC-DC变换器不是针对光伏发电系统的，也不能解决光伏系统发电中“串联中的某个光伏电池发生故障，会导致整个电池组失效”以及“光伏阵列模块受局部阴影或碎杂物体遮蔽而降低整个系统的效率”这两个问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种光伏发电DC-DC变换器及其控制方法， 通过将各个光伏阵列模块与光伏发电DC-DC变换器中的组成结构单元进行并联，克服了现有技术的光伏并网发电系统中因“串联中的某个光伏电池发生故障，会导致整个电池组失效”以及“光伏阵列模块受局部阴影或碎杂物体遮蔽而降低整个系统的效率”的缺点。本发明解决该技术问题所采用的技术方案是一种光伏发电DC-DC变换器，以一个DC-AC变换器连接一个高频变压器，该高频变压器再连接一个单相二极管整流器，即该高频变压器再连接在由2个二极管组成的一对桥臂的中点构成一个组成结构单元，将N个上述的组成结构单元并联，组成光伏发电DC-DC变换器，它包括N个DC-AC变换器、N个高频变压器和由N个单相二极管整流器即N对桥臂形成的N相的二极管整流器，其中N彡2。 上述一种光伏发电DC-DC变换器，所述的DC-AC变换器是基于MOSFET的全桥逆变
ο上述一种光伏发电DC-DC变换器，所述的DC-AC变换器、高频变压器和二极管整流器是本技术领域常用的普通元器件；DC-AC变换器、高频变压器和二极管整流器之间的连接方式是本技术领域的普通技术人员所熟知的。一种光伏发电DC-DC变换器的控制方法，步骤是第一，上述一种光伏发电DC-DC变换器在光伏并网发电系统中的连接方式。下面用A表示光伏并网发电系统中的光伏阵列模块组，用B表示其中的DC-AC变换器组，用C表示其中的高频变压器组，用D表示其中的二极管整流器组，用E表示其中的全桥并网逆变器，用F表示其中的电网；在A中包括N个光伏阵列模块Aj，B中包括N个 DC-AC变换器Bj，C中包括N个高频变压器Cj，D中包括N对由2个二极管组成的一对桥臂 0」1-0」2;其中^^彡2，]_ = 1 N;将A中的每一个光伏阵列模块Aj与B中相应的每一个DC-AC变换器Bj连接，B中的每一个DC-AC变换器Bj与C中相应的每一个Cj连接，C中每一个Cj与D中相对应的由 2个二极管组成的一对桥臂Djl-Dj2连接，D中的整流桥的直流输出端再与E的直流输入端连接在一起，E的输出端与F连接在一起，由此组成光伏并网发电系统；N个DC-AC变换器Bjl-Bj4产生N相交流电，每一个DC-AC变换器Bjl_Bj4分别与对应的高频变压器Cj连接，N个高频变压器Cj也产生N相交流电，N个DC-AC变换器 Bjl-Bj4与N个高频变压器Cj相连接后再与N相的D中相对应的由2个二极管组成的一对桥臂Dj 1-DJ2连接，进行N相AC-DC变换，由此完成N相光伏发电DC-DC变换器的DC-DC变换过程；B中的每一个DC-AC变换器Bj的具体构成如下Bl 由开关管 B11、B12、B13 和 B14 组成，用 B11-B14 表示，B2由开关管821、822、823和似4组成，用B21-B24表示，B3由开关管831、832、833和似4组成，用B31-BiM表示，.............................................,BJ由开关管即1、8了2、8了3和即4组成，用BJ1-BJ4表示，.............................................,BN由开关管BN1、BN2、BN3和BN4组成，用Bm_BN4表示，E由开关管E1、E2、E3和E4组成；第二，光伏并网发电系统运行中出现问题的检测和判断上述光伏并网发电系统的A输出的最大功率点所对应的电压、电流和功率对应如下Al的输出电压、电流和功率分别是V1，II，P1，A2的输出电压、电流和功率分别是V2，12，P2，A3的输出电压、电流和功率分别是V3，13，P3，
..........................................,AJ的输出电压、电流和功率分别是VJ，IJ, PJ,..........................................,AN的输出电压、电流和功率分别是VN，IN, PN ；当该光伏并网发电系统在运行中出现某一或多个光伏阵列模块发生损坏、受局部阴影、灰尘或碎杂物遮蔽的问题时，通过检测每一个光伏阵列模块的输出电压和输出功率来判断每一个光伏阵列模块所处的状况，采用比较各光伏阵列最大功率点所对应的电压VI、V2、V3、…、VJ、…和VN，并比较各光伏阵列模块最大功率点所对应的功率PI、P2、 P3、…、PJ、…和PN的方法来发现上述问题之所在，具体检测结果和判断如下①各个光伏阵列模块的输出电压、电流和功率应该近似相等，即 Vl V2 ^ V3 … VJ w.w VN, Il ^ 12 ^ 13 … IJ ··· IN,Pl ^ P2 ^ P3 ··· ^ PJ … PN，表明所有光伏阵列模块工作正常；②当某一个光伏阵列模块的输出电压为零或当某一个光伏阵列模块的输出功率远小于其它光伏阵列模块的输出功率时，表明该光伏阵列模块出现了光伏阵列模块本身损坏、受局部阴影、灰尘或碎杂物遮蔽的问题；第三，光伏发电DC-DC变换器的控制方法，即对上述检测结果和判断②的问题的解决方法如下I.调整N相光伏发电DC-DC变换器中的各个DC-AC变换器的相角因上述光伏并网发电系统中N相光伏发电DC-DC变换器的相数变化而引起的该光伏发电DC-DC变换器中的DC-AC变换器B的相角相差的计算Al和Bl连接，Bl再与Cl连接，A2和B2连接，B2再与C2连接，......，......AJ和BJ连接，BJ再与CJ连接，......,......AN和BN连接，BN再与CN连接，在该光伏并网发电系统中共有N个上述相同的单元组合，但各个单元组合中的 DC-AC变换器Bj的相角不同Bl的相角为#=0度，B2的相角为㈨=-(2-1)|度，.....................,BJ的相角为㈨度，..................，BN 的相角为度，由此产生N相交流电的相角依次相差f，N相交流电通过上述N相光伏发电DC-DC 变换器中的N相二极管整流器组D后将得到很小的电流纹波，并且相数N越大，电流纹波越
当该光伏并网发电系统中某1个光伏阵列模块损坏，那么该光伏并网发电系统中的N相光伏发电DC-DC变换器的将变为(N-I)相，相角差为$度，当该光伏并网发电系统中有χ个光伏阵列模块损坏，那么该光伏并网发电系统中的N相光伏发电DC-DC变换器将变为(N-x)相，相角差为g度，χ < N ；通过调整N相光伏发电DC-DC变换器中的各个DC-AC变换器Bj的相角，使得N相光伏发电DC-DC变换器所输出的纹波最小。II.当上述光伏并网发电系统中某一个或某几个光伏阵列模块受局部阴影遮蔽或碎杂物体遮蔽使得该个或该几个光伏阵列模块输出的最大功率大幅下降时，对于这种情况，该光伏并网发电系统中的N相光伏发电DC-DC变换器的相数不做调整，但要调整受局部阴影或碎杂物体遮蔽的光伏伏阵列模块的输出电压为其他所有正常的光伏阵列模块输出电压的平均值。本发明的有益效果是A.本发明一种光伏发电DC-DC变换器及其控制方法的实质性特点是(1)本发明的一种光伏发电DC-DC变换器通过设置N个DC-AC变换器，即Bi、B2、 B3、…、BJ、…和BN的相角Bl的相角为#=0度，B2的相角为㈨=-(2-1)|度，.....................,BJ的相角为㈨度，..................，BN 的相角为度，由此产生N相交流电的相角依次相差f，N相交流电通过本发明的一种光伏发电
DC-DC变换器中的N相二极管整流器组D后将得到很小的电流纹波，并且相数N越大，电流纹波越小。(2)在采用本发明一种光伏发电DC-DC变换器的光伏并网发电系统中，当其中某 1个光伏阵列模块损坏，那么如图2中的虚线框内所示的N相光伏发电DC-DC变换器将变为 N-I 相，图 2 中的各个 DC-AC 变换器，即 B11-B14、B21-B24、B31-B34、— BJl-BJ4,…和
Bm-BM之间的相角差为$度；如果某2个光伏阵列模块损坏，那么该N相光伏发电DC-DC
变换器将变为N-2相，各个DC-AC变换器即B11-B14、B21-B24、B31-B34、…BJ1-BJ4、…和
Bm-BM之间的相角差为^度；依次类推，通过调整N相光伏发电DC-DC变换器中的各个
DC-AC 变换器，即 B11-B14、B21-B24、B31-B34、...、BJ1_BJ4、…和 BN1-BN4 的相角，使得本发明的光伏发电DC-DC变换器所输出的纹波最小。(3)当某一个或某几个光伏阵列模块受局部阴影或碎杂物体遮蔽的问题而使得该光伏阵列模块或该几个光伏阵列模块的最大输出功率下降时，由于上述光伏并网发电系统中的光伏阵列模块是并联装置的，不会影响其它的光伏阵列模块，提高了光伏并网发电系统的可靠性。对于这种情况，光伏并网发电系统中的本发明N相光伏发电DC-DC变换器的相数不做调整，只要调整出现问题的光伏阵列模块的输出电压为其他所有正常的光伏阵列模块输出电压的平均值，以保证本发明的DC-DC变换器所输出的纹波最小，并提高光伏并网发电系统的最大功率就可以保证整个光伏并网发电系统的正常运行。B.本发明一种光伏发电DC-DC变换器及其控制方法突出的显著进步是(1)由于采用本发明一种光伏发电DC-DC变换器的光伏并网发电系统中的光伏阵列模块是并联装置的，所以当某一光伏阵列模块发生损坏时，不会影响其它的光伏阵列模块，提高了光伏并网发电系统的可靠性；(2)在采用本发明一种光伏发电DC-DC变换器的光伏并网发电系统中，当其中某 1个或某几个光伏阵列模块损坏、受局部阴影遮蔽或碎杂物体遮蔽，使得该1个或该几个光伏阵列模块输出的最大功率降低时，不会影响其它的模块，保证了光伏并网发电系统的最大功率跟踪；(3)通过对N相光伏发电DC-DC变换器进行指定的相角控制，可以使得该光伏阵列DC-DC变换器得到最小纹波，改善发电质量，提高光伏并网发电系统效率、并减小相关器件的体积、重量和成本。本发明的一种光伏发电DC-DC变换器及其控制方法，尤其适用于光伏并网发电系统的DC-DC变换器，完全克服了采用现有技术的光伏并网发电系统中“串联中的某个光伏电池发生故障，会导致整个电池组失效”以及“光伏阵列模块受局部阴影或碎杂物体遮蔽而降低整个系统的效率”的缺点。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是本发明一种光伏发电DC-DC变换器的组成结构单元的构成示意图。图2是光伏并网发电系统和N相光伏发电DC-DC变换器的构成示意图。图3是光伏并网发电系统和3相光伏发电DC-DC变换器的构成示意图。图4是光伏并网发电系统和6相光伏发电DC-DC变换器的构成示意图。图5是本发明一种光伏发电DC-DC变换器的组成结构单元的单相整流波形示意图。图6是本发明一种光伏发电DC-DC变换器的3相整流波形示意图。图7是本发明一种光伏发电DC-DC变换器的6相整流波形示意图。
具体实施例方式实施例1图1所示实施例表明本发明一种光伏发电DC-DC变换器的一个组成结构单元，它是由一个DC-AC变换器BJ连接一个高频变压器CJ，该高频变压器CJ再连接一个单相二极管整流器DJ，即该高频变压器CJ再连接在由2个二极管DJ1-DJ2组成的一对桥臂的中点构成。其中DC-AC变换器BJ由4个开关管BJ1-BJ4(即BJ1、BJ2、BJ3和BJ4)按本技术领域的一般技术人员所熟知的方法相连接组成全桥逆变器(下同)；单相二极管整流器DJ由两个二极管DJl-DJ2按本技术领域的一般技术人员所熟知的一对桥臂的方法相连接组成(下同)。图5是本发明光伏发电DC-DC变换器的组成结构单元的单相整流波形示意图，该图表明，在单相时电压输出的纹波较大。实施例2图2所示实施例表示包含本发明的N相光伏发电DC-DC变换器的光伏并网发电系统的构成。其中本发明的N相光伏发电DC-DC变换器的结构如图2中的虚线框内所示，N 相光伏发电DC-DC变换器由图2中的圆点虚线框内所示的B部分的N个DC-AC变换器、图 2中的圆点虚线框内所示的C部分的N个高频变压器和图2中的圆点虚线框内所示的D部分的2N个二极管组成的N相二极管整流器构成；其中，B部分的DC-AC变换器包含N个全桥逆变器:B11-B14、B21-B24、B31-B34、…、BJ1-BJ4、…和BN1-BN4，C部分的高频变压器包含N个高频变压器C1、C2、C3、C4、C5、C6、…、CJ、…和CN, D部分的N相二极管整流器包含 N 对桥臂D11-D12、D21-D22、D31-D32、D41-D42、D51-D52、D61-D62、...、DJ1_DJ2、… 和Dm-DN2 ；B部分的DC-AC变换器中的每一个DC-AC变换器和C部分的高频变压器中的每一个高频变压器按本技术领域的一般技术人员所熟知的方法相连接成为一个单元，然后将 N个单元并联成为B-C部分；将D部分的N相二极管整流器中的N对桥臂按本技术领域的一般技术人员所熟知的方法装置成为一个N相二极管整流器D部分；最后将B-C部分和D 部分按本技术领域的一般技术人员所熟知的方法相连接组成本发明的N相光伏发电DC-DC 变换器。在图2所示的光伏并网发电系统中，较密小点虚线框内所示的A部分包括N个光伏阵列模块41^2^3^4^5、八6、…、AJ、…和AN ；另一个较密小点虚线框内所示的E部分包括4个开关管El、E2、E3和E4 ；F部分为外接电网。将图2中的较密小点虚线框内所示的A部分的N个光伏阵列模块Al、A2、A3、A4、 A5、A6、…、AJ、…和AN中的每一个光伏阵列模块与B部分中的相对应的每一个DC-AC全桥逆变器B11-B14、B21-BM、B31-B;M、…、BJ1-BJ4、…和BN1-BN4按本技术领域的一般技术人员所熟知的方法连接；N相二极管整流器D中的桥臂的直流输出端与图2中的圆点虚线框内所示的由4个开关管E1、E2、E3和E4按本技术领域的一般技术人员所熟知的方法连接组成的全桥并网逆变器E (下同)的直流输入端连接在一起，该全桥并网逆变器E的输出端与电网F连接在一起，由此构成整个光伏并网发电系统。上述B部分的每个全桥逆变器均由4个开关管组成，全桥逆变器B11-B14，表示由开关管Bll、B12、B13和B14按本技术领域的一般技术人员所熟知的方法连接组成，其他全桥逆变器的构成以此类推，下面实施例中所述的全桥逆变器相同。实施例3本发明的3相光伏发电DC-DC变换器及其控制方法。本发明的3相光伏发电DC-DC变换器的组成结构如图3中的虚线框内所示。该3相光伏发电DC-DC变换器，以一个DC-AC变换器连接一个高频变压器，该高频变压器再连接一个单相二极管整流器，即该高频变压器再连接在由2个二极管组成的一对桥臂的中点构成一个组成结构单元，将3个上述的组成结构单元并联，组成3相光伏发电 DC-DC变换器，它包括图3中的圆点虚线框内所示的B部分的3个DC-AC变换器、图3中的圆点虚线框内所示的C部分的3个高频变压器和图3中的圆点虚线框内所示的D部分的6 个二极管组成的3相二极管整流器构成；其中，B部分的DC-AC变换器包含3个全桥逆变器B11-B14.B21-B24和B31_B;M，C部分的高频变压器包含3个高频变压器C1、C2和C3，D部分的3相二极管整流器包含3对桥臂D11-D12、D21-D22和D31-D32。上述3个DC-AC变换器B11-B14、B21-B24和B31-B34均为基于MOSFET的全桥逆变器，型号是IRF121 ；3个高频变压器Cl、C2和C3的匝数比为1/13 ；3相二极管整流器中的 6 个二极管 D11、D12、D21、D22、D31 和 D32 的型号均是 1N5405。上述本发明的3相光伏发电DC-DC变换器的控制方法是第一，上述3相光伏发电DC-DC变换器在光伏并网发电系统中的连接方式本实施例的具有3相光伏发电DC-DC变换器的光伏并网发电系统的构成如图3所示，其中的虚线框内的B部分+C部分+D部分构成3相光伏发电DC-DC变换器，较密小点虚线框内所示的A部分包括3个光伏阵列模块A1、A2和A3，另一个较密小点虚线框内所示的 E部分为包括4个开关管El、E2、E3和E4的全桥并网逆变器，F部分为外接电网。上述光伏并网发电系统的电路的连接关系为DC-AC变换器B11-B14的直流端与光伏阵列模块Al输出相连接，DC-AC变换器B11-B14的交流端为高频变压器Cl的输入； DC-AC变换器B21-BM直流端与光伏阵列模块A2输出相连接，DC-AC变换器B21-BM的交流端为高频变压器C2的输入；DC-AC变换器B31-B34直流端与光伏阵列模块A3输出相连接， DC-AC变换器B31-B34的交流端为高频变压器C3的输入；二极管D12的阴极和二极管Dll 的阳极串联在一起形成一条支路，二极管D22的阴极和二极管D21的阳极串联在一起形成一条支路，二极管D32的阴极和二极管D31的阳极串联在一起形成一条支路，二极管D11、二极管D21和二极管D31的阴极连接在一起，二极管D12、二极管D22和二极管D32的阳极连接在一起，由上述6个二极管构成3相二极管整流器的桥臂；高频变压器Cl、高频变压器C2 和高频变压器C3的一个同相端连接在一起，高频变压器Cl的另一端连接于二极管Dll和二极管D12的中点，高频变压器C2的另一端连接于二极管D21和二极管D22的中点，高频变压器C3的另一端连接于二极管D31和二极管D32的中点；上述3相二极管整流器的桥臂的直流输出端与基于MOSFET的全桥并网逆变器E的直流输入端连接在一起；基于MOSFET 的全桥并网逆变器E的输出端与电网F连接在一起，由此组成整个具有本发明的3相光伏发电DC-DC变换器的光伏并网发电系统。第二，具有本发明的3相光伏发电DC-DC变换器的光伏并网发电系统运行中出现问题的检测和判断在图3所示的具有本发明的3相光伏发电DC-DC变换器的光伏并网发电系统中，3 个光伏阵列模块输出的最大功率点所对应的电压、电流和功率对应如下Al的输出电压、电流和功率分别是:VUI1,P1,A2的输出电压、电流和功率分别是V2、12，P2，A3的输出电压、电流和功率分别是V3、13，P3 ；当上述光伏并网发电系统在运行中出现某一或两个光伏阵列模块发生损坏、受局部阴影、灰尘或碎杂物遮蔽的问题时，通过检测每一个光伏阵列模块的输出电压和输出功率来判断每一个光伏阵列模块所处的状况，采用比较各光伏阵列最大功率点所对应的电压 VUV2和V3，并比较各光伏阵列模块最大功率点所对应的功率P1、P2和P3的方法来发现上述问题之所在，具体检测结果和判断如下①各个光伏阵列模块的输出电压、电流和功率应该近似相等，即V1 V2 V3,Il 12 13，Pl P2 P3，表明所有光伏阵列模块工作正常；②当某一个光伏阵列模块的输出电压为零或当某一个光伏阵列模块的输出功率远小于其它光伏阵列模块的输出功率时，表明该光伏阵列模块出现了光伏阵列模块本身损坏、受局部阴影、灰尘或碎杂物遮蔽的问题；第三，本发明的3相光伏发电DC-DC变换器的控制方法，即对上述检测结果和判断 ②的问题的解决方法如下I.因上述光伏并网发电系统中的本发明的3相光伏发电DC-DC变换器相数变化而引起的其中的DC-AC变换器的相角相差的计算上述3相光伏发电DC-DC变换器中，第1个DC-AC变换器B11-B14的相角为Φ 1 = 0度，第2个DC-AC变换器Β21-BM的相角为必2=_(2_l)f度=_120度，第3个DC-AC变换器B31-B;M的相角为必3=-(3_l)f度度，DC-AC 变换器 B11-B14、DC-AC 变换器 B21-B24 和 DC-AC 变换器 B31-B34 的相角依次相差 360/3 = 120 度，艮卩Φ 1 = 0 度，Φ 2 = -120 度，Φ 3 = -240 度；当上述具有本发明的3相光伏发电DC-DC变换器的光伏并网发电系统中某1个光伏阵列模块损坏，那么图3中的3相光伏发电DC-DC变换器将变为2相光伏发电DC-DC变换器，相角差为180度。当上述具有本发明的3相光伏发电DC-DC变换器的光伏并网发电系统中某2个光伏阵列模块损坏，那么图3中的3相光伏发电DC-DC变换器将变为单相光伏发电DC-DC变换器。II.当上述具有3相光伏发电DC-DC变换器的光伏并网发电系统中的Al受局部阴影遮蔽或碎杂物体遮蔽使得该个光伏阵列模块输出的最大功率大幅下降时，对于这种情况，该3相光伏并网发电系统的相数不做调整，但要调整Al的输出电压为其他两个未被遮
蔽的光伏阵列模块输出电压的平均值为·^。当上述具有3相光伏发电DC-DC变换器的光伏并网发电系统中的Al和Α2受局部阴影遮蔽或碎杂物体遮蔽使得该两个光伏阵列模块输出的最大功率大幅下降时，调整Al
和Α2的输出电压为未被遮蔽的A3的输出电压&。图6是本发明的3相光伏发电DC-DC变换器的3相整流波形示意图，该图表明，较之单相整流，3相整流电压纹波减小。实施例4本发明的6相光伏发电DC-DC变换器及其控制方法。本发明的6相光伏发电DC-DC变换器的组成结构如图4中的虚线框内所示。该6相光伏发电DC-DC变换器，以一个DC-AC变换器连接一个高频变压器，该高频变压器再连接一个单相二极管整流器，即该高频变压器再连接在由2个二极管组成的一对桥臂的中点构成一个组成结构单元，将6个上述的组成结构单元并联，组成6相光伏发电 DC-DC变换器，它包括图4中的圆点虚线框内所示的B部分的6个DC-AC变换器、图4中的圆点虚线框内所示的C部分的6个高频变压器和图4中的圆点虚线框内所示的D部分的12
12个二极管组成的6相二极管整流器构成；其中，B部分的DC-AC变换器包含6个全桥逆变器 B11-B14、B21-B24、B31-B34、B41-B44、B51-B54 和 B61-B64，C 部分的高频变压器包含 6 个高频变压器C1、C2、C3、C4、C5和C6，D部分的6相二极管整流器包含6对桥臂D11_D12、 D21-D22、D31-D32、D41-D42、D51-D52 和 D61-D62。上述6 个 DC-AC 变换器 B11-B14、B21-B24、B31-B34、B41-B44、B51_B54 和 B61-B64 均为基于MOSFET的全桥逆变器，型号是IRF121 ；6个高频变压器C1、C2、C3、C4、C5和C6匝数比为1/13 ；6相二极管整流器中的12个二极管DlU D12、D21、D22、D31、D32、D41、D42、 D51、D52、D61 和 D62 的型号均是 1N5405。第一，上述6相光伏发电DC-DC变换器在光伏并网发电系统中的连接方式本实施例的具有6相光伏发电DC-DC变换器的光伏并网发电系统的构成如图4所示，其中的虚线框内的B部分+C部分+D部分构成6相光伏发电DC-DC变换器，较密小点虚线框内所示的A部分包括6个光伏阵列模块Al、A2、A3、A4、A5和A6，另一个较密小点虚线框内所示的E部分为包括4个开关管El、E2、E3和E4的全桥并网逆变器，F部分为外接电网。上述光伏并网发电系统的电路的连接关系为DC-AC变换器B11-B14的直流端与光伏阵列模块Al输出相连接，DC-AC变换器B11-B14的交流端为高频变压器Cl的输入； DC-AC变换器B21-BM的直流端与光伏阵列模块A2输出相连接，DC-AC变换器B21-BM的交流端为高频变压器C2的输入；DC-AC变换器B31-B34直流端与光伏阵列模块A3输出相连接，DC-AC变换器B31-B;M的交流端为高频变压器C3的输入；DC-AC变换器B41-B44的直流端与光伏阵列模块A4输出相连接，DC-AC变换器B41-B44的交流端为高频变压器C4的输入；DC-AC变换器B51-BM直流端与光伏阵列模块A5输出相连接，DC-AC变换器B51-BM 的交流端为高频变压器C5的输入；DC-AC变换器B61-B64直流端与光伏阵列模块A6输出相连接，DC-AC变换器B61-B64的交流端为高频变压器C6的输入；二极管D12的阴极和二极管Dll的阳极串联在一起形成一条支路，二极管D22的阴极和二极管D21的阳极串联在一起形成一条支路，二极管D32的阴极和二极管D31的阳极串联在一起形成一条支路，二极管D42的阴极和二极管D41的阳极串联在一起形成一条支路，二极管D52的阴极和二极管 D51的阳极串联在一起形成一条支路，二极管D62的阴极和二极管D61的阳极串联在一起形成一条支路；二极管D11、二极管D21、二极管D31、二极管D41、二极管D51和二极管D61 的阴极连接在一起，二极管D11、二极管D21、二极管D31、二极管D41、二极管D51和二极管 D61的阴极连接在一起；二极管D22的阴极和二极管D21的阳极串联在一起形成一条支路； 二极管D32的阴极和二极管D31的阳极串联在一起形成一条支路；二极管D11、二极管D21、 二极管D31、二极管D41、二极管D51和二极管D61的阴极连接在一起，二极管D12、二极管 D22、二极管D32、二极管D42、二极管D52和二极管D62的阳极连接在一起；由上述12个二极管构成6相二极管整流器的桥臂；高频变压器Cl、高频变压器C2、高频变压器C3、高频变压器C4、高频变压器C5和高频变压器C6的一个同相端连接在一起，高频变压器Cl的另一端连接于二极管Dll和二极管D12的中点，高频变压器C2的另一端连接于二极管D21和二极管D22的中点，高频变压器C3的另一端连接于二极管D31和二极管D32的中点，高频变压器C4的另一端连接于二极管D41和二极管D42的中点，高频变压器C5的另一端连接于二极管D51和二极管D52的中点，高频变压器C6的另一端连接于二极管D61和二极管D62的中点；上述6相二极管整流器的桥臂的直流输出端与基于MOSFET的全桥并网逆变器E的直流输入端连接在一起；MOSFET的全桥并网逆变器E的输出端与电网F连接在一起，由此组成整个具有本发明的6相光伏发电DC-DC变换器的光伏并网发电系统。上述本发明的6相光伏发电DC-DC变换器的的控制方法是第一，具有本发明的6相光伏发电DC-DC变换器的光伏并网发电系统运行中出现问题的检测和判断在图4所示的具有本发明的6相光伏发电DC-DC变换器的光伏并网发电系统中，6 个光伏阵列模块输出的最大功率点所对应的电压、电流和功率对应如下Al的输出电压、电流和功率分别是V1、II，P1，A2的输出电压、电流和功率分别是V2、12，P2，A3的输出电压、电流和功率分别是V3、13，P3 ；A4的输出电压、电流和功率分别是V4、14，P4，A5的输出电压、电流和功率分别是V5、15，P5，A6的输出电压、电流和功率分别是V6、16，P6 ；当上述光伏并网发电系统在运行中出现某一或2 5光伏阵列模块发生损坏、受局部阴影、灰尘或碎杂物遮蔽的问题时，通过检测每一个光伏阵列模块的输出电压和输出功率来判断每一个光伏阵列模块所处的状况，采用比较各光伏阵列最大功率点所对应的电压V1、V2、V3、V4、V5和V6，并比较各光伏阵列模块最大功率点所对应的功率P1、P2、P3、P4、 P5和P6的方法来发现上述问题之所在，具体检测结果和判断如下①各个光伏阵列模块的输出电压、电流和功率应该近似相等，即 Vl ^ V2 ^ V3 ^ V4 ^ V5 ^ V6, Il ^ 12 ^ 13 ^ 14 ^ 15 ^ 16,Pl ^ P2 ^ P3 ^ P4 ^ P5 ^ P6, 表明所有光伏阵列模块工作正常；②当某一个光伏阵列模块的输出电压为零或当某一个光伏阵列模块的输出功率远小于其它光伏阵列模块的输出功率时，表明该光伏阵列模块出现了光伏阵列模块本身损坏、受局部阴影、灰尘或碎杂物遮蔽的问题；第二，本发明的6相光伏发电DC-DC变换器的控制方法，即对上述检测结果和判断 ②的问题的解决方法如下I.因上述光伏并网发电系统中的本发明的6相光伏发电DC-DC变换器相数变化而引起的其中的DC-AC变换器的相角相差的计算上述6相光伏发电DC-DC变换器中，
第1个DC-AC变换器B11-B14的相角为Φ 1=0度，
第2个DC-AC变换器Β21-ΒΜ的相角为沴2二"(2■ 6度=_-60 度，
第3个DC-AC变换器Β31-Β34的相角为沴3二-(3.6度=_-120 度，
第4个DC-AC变换器Β41-Β44的相角为必4=-(4■ 6度=_-180 度
第5个DC-AC变换器Β51-ΒΜ的相角为沴5="(56度=_-240度
第6个DC-AC变换器Β61-Β64的相角为必6二-(6度=_-300度
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DC-AC 变换器 B11-B14、DC-AC 变换器 B21-B24、DC-AC 变换器 B31-B34、DC-AC 变换器B41-B44、DC-AC变换器B51-BM和DC-AC变换器B61-B64的相角依次相差360/6 = 60度，艮P :Φ1 = 0 度，Φ2 = -60 度，Φ3 = -120 度，Φ4 = _180 度，Φ5 = _240 度，Φ6 ="300 度；当上述具有本发明的6相光伏发电DC-DC变换器的光伏并网发电系统中某1个光伏阵列模块损坏，那么图4中的具有本发明的6相光伏发电DC-DC变换器的光伏并网发电系统将变为具有5相光伏发电DC-DC变换器的光伏并网发电，相角差为360/5 = 72度；当上述具有6相光伏发电DC-DC变换器的光伏并网发电系统中某2个光伏阵列模块损坏，那么图4中的具有6相光伏发电DC-DC变换器的光伏并网发电系统将变为具有4 相光伏发电DC-DC变换器的光伏并网发电，相角差为360/4 = 90度；当上述具有6相光伏发电DC-DC变换器的光伏并网发电系统中某3个光伏阵列模块损坏，那么图4中的具有6相光伏发电DC-DC变换器的光伏并网发电系统将变为具有3 相光伏发电DC-DC变换器的光伏并网发电，相角差为360/3 = 120度；当上述具有6相光伏发电DC-DC变换器的光伏并网发电系统中某4个光伏阵列模块损坏，那么图4中的具有6相光伏发电DC-DC变换器的光伏并网发电系统将变为具有2 相光伏发电DC-DC变换器的光伏并网发电，相角差为360/2 = 180度；当上述具有6相光伏发电DC-DC变换器的光伏并网发电系统中某5个光伏阵列模块损坏，那么图4中的具有6相光伏发电DC-DC变换器的光伏并网发电系统将变为具有单相光伏发电DC-DC变换器的光伏并网发电；II.当上述具有6相光伏发电DC-DC变换器的光伏并网发电系统中某一个或2 5个光伏阵列模块受局部阴影遮蔽或碎杂物体遮蔽使得该个光伏阵列模块输出的最大功率大幅下降时，对于这种情况，该光伏并网发电系统的相数不做调整，但要调整发生损坏、受局部阴影遮蔽或碎杂物体遮蔽的光伏阵列模块的输出电压为其他所有正常的光伏阵列模块输出电压的平均值。例如，当光伏阵列模块Al受局部阴影遮蔽或碎杂物体遮蔽时，Al的输出电压调整 ^V2+V3+V4+V5+V6
为5‘当Al和Α2出现类似问题时，Al和Α2的输出电压调整为^^^，当Al和Α2和A3出现类似问题时，Al和Α2和A3的输出电压调整为&，当Al和Α2和A3和Α4出现类似问题时，Al和Α2和A3和Α4的输出电压调整为 -，
2当Al禾口 Α2禾口 A3禾口 Α4禾口 Α5出以问H时，Al禾口 A2禾口 A3禾口 A4禾口 A5的@出电压调整为$。图7是本发明的6相光伏发电DC-DC变换器的6相整流波形示意图，该图表明，较之单相整流和3相整流，6相整流电压纹波进一步减小。对比图5、图6和图7，可以看出，本发明一种光伏发电DC-DC变换器采用多相并联、对采用了该光伏发电DC-DC变换器的光伏并网发电系统中的各个光伏阵列模块实现最大功率点跟踪、相角控制和与电压控制相结合的控制方法，不仅克服了现有技术的光伏系统发电中“串联中的某个光伏电池发生故障，会导致整个电池组失效”的致命缺陷，还能确保光伏发电系统的最大功率跟踪，同时可得到较小的电压纹波，从而改善发电质量，提高系统效率，有效地克服了“光伏阵列模块本身损坏、受局部阴影或碎杂物体遮蔽而降低整个系统的效率”的缺点，并且减小相关器件的体积、重量和成本。实施例5本发明的2相光伏发电DC-DC变换器及其控制方法。该2相光伏发电DC-DC变换器，以一个DC-AC变换器连接一个高频变压器，该高频变压器再连接一个单相二极管整流器，即该高频变压器再连接在由2个二极管组成的一对桥臂的中点构成一个组成结构单元，将2个上述的组成结构单元并联，组成2相光伏发电 DC-DC变换器，它包括2个DC-AC变换器、2个高频变压器和4个二极管组成的2相二极管整流器构成；2个全桥逆变器为B11-B14和B21-BM，高频变压器为C1和C2，2相二极管整流器包含2对桥臂D11-D12和D21-D22。上述2个DC-AC变换器B11-B14和B21-BM均为基于MOSFET的全桥逆变器，型号是IRF121 ；2个高频变压器Cl和C2的匝数比为1/13 ；2相二极管整流器中的4个二极管 D11、D12、D21 和 D22 的型号均是 1N5405。上述本发明的2相光伏发电DC-DC变换器的控制方法是第一，上述2相光伏发电DC-DC变换器在光伏并网发电系统中的连接方式本实施例的具有2相光伏发电DC-DC变换器的光伏并网发电系统包括上述的2 相光伏发电DC-DC变换器，2个光伏阵列模块Al和A2，由4个开关管El、E2、E3和E4的构成的全桥并网逆变器E1-E4，以及外接电网F。上述光伏并网发电系统的电路的连接关系为DC-AC变换器B11-B14的直流端与光伏阵列模块Al输出相连接，DC-AC变换器B11-B14的交流端为高频变压器Cl的输入； DC-AC变换器B21-BM直流端与光伏阵列模块A2输出相连接，DC-AC变换器B21-BM的交流端为高频变压器C2的输入；二极管D12的阴极和二极管Dll的阳极串联在一起形成一条支路，二极管D22的阴极和二极管D21的阳极串联在一起形成一条支路，二极管Dll和二极管D21的阴极连接在一起，二极管D12和二极管D22的阳极连接在一起，由上述4个二极管构成2相二极管整流器的桥臂；高频变压器Cl和高频变压器C2的一个同相端连接在一起， 高频变压器Cl的另一端连接于二极管Dll和二极管D12的中点，高频变压器C2的另一端连接于二极管D21和二极管D22的中点；上述2相二极管整流器的桥臂的直流输出端与基于MOSFET的全桥并网逆变器E的直流输入端连接在一起；基于MOSFET的全桥并网逆变器 E的输出端与电网F连接在一起，由此组成整个具有本发明的2相光伏发电DC-DC变换器的光伏并网发电系统。第二，具有本发明的2相光伏发电DC-DC变换器的光伏并网发电系统运行中出现问题的检测和判断在具有本发明的2相光伏发电DC-DC变换器的光伏并网发电系统中，2个光伏阵列模块输出的最大功率点所对应的电压、电流和功率对应如下Al的输出电压、电流和功率分别是:VUI1,P1,A2的输出电压、电流和功率分别是V2、12，P2 ；
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当上述光伏并网发电系统在运行中出现某一个光伏阵列模块发生损坏、受局部阴影、灰尘或碎杂物遮蔽的问题时，通过检测每一个光伏阵列模块的输出电压和输出功率来判断每一个光伏阵列模块所处的状况，采用比较各光伏阵列最大功率点所对应的电压Vi 和V2，并比较各光伏阵列模块最大功率点所对应的功率Pl和P2的方法来发现上述问题之所在，具体检测结果和判断如下①各个光伏阵列模块的输出电压、电流和功率应该近似相等，即V1 ^ V2, Il ^ 12，Pl ^ Ρ2，表明所有光伏阵列模块工作正常；②当某一个光伏阵列模块的输出电压为零或当某一个光伏阵列模块的输出功率远小于其它光伏阵列模块的输出功率时，表明该光伏阵列模块出现了光伏阵列模块本身损坏、受局部阴影、灰尘或碎杂物遮蔽的问题；第三，本实施例的2相光伏发电DC-DC变换器的控制方法，即对上述检测结果和判断②的问题的解决方法如下I.因上述光伏并网发电系统中的本发明的2相光伏发电DC-DC变换器相数变化而引起的其中的DC-AC变换器的相角相差的计算上述2相光伏发电DC-DC变换器中，第1个DC-AC变换器Β11-Β14的相角为Φ 1 = 0度，第2个DC-AC变换器Β21-BM的相角为Φ2 = _180度，DC-AC变换器Β11-Β14和DC-AC变换器B21-B24的相角相差360/2 = 180度，即 Φ1 = 0 度，Φ2 = -180 度；当上述具有本实施例的2相光伏发电DC-DC变换器的光伏并网发电系统中某1个光伏阵列模块损坏，2相光伏发电DC-DC变换器将变为单相光伏发电DC-DC变换器。II.当上述具有2相光伏发电DC-DC变换器的光伏并网发电系统中的Al受局部阴影遮蔽或碎杂物体遮蔽使得该个光伏阵列模块输出的最大功率大幅下降时，对于这种情况，该3相光伏并网发电系统的相数不做调整，但要调整Al的输出电压为另一个未被遮蔽的光伏阵列模块A2的输出电压V2。上述实施例中所涉及的二极管、开关管、DC-AC变换器、高频变压器和二极管整流器是本技术领域常用的普通元器件；DC-AC变换器、高频变压器和二极管整流器之间的连接方式是本技术领域的普通技术人员所熟知的。
权利要求
1.一种光伏发电DC-DC变换器，其特征在于以一个DC-AC变换器连接一个高频变压器，该高频变压器再连接一个单相二极管整流器，即该高频变压器再连接在由2个二极管组成的一对桥臂的中点构成一个组成结构单元，将N个上述的组成结构单元并联，组成光伏发电DC-DC变换器，它包括N个DC-AC变换器、N个高频变压器和由N个单相二极管整流器即N对桥臂形成的N相的二极管整流器，其中N彡2。
2.根据权利要求1所说一种光伏发电DC-DC变换器，其特征在于其中所述的DC-AC变换器是基于MOSFET的全桥逆变器。
3.一种光伏发电DC-DC变换器的控制方法，其特征在于步骤是第一，上述一种光伏发电DC-DC变换器在光伏并网发电系统中的连接方式。 下面用A表示光伏并网发电系统中的光伏阵列模块组，用B表示其中的DC-AC变换器组，用C表示其中的高频变压器组，用D表示其中的二极管整流器组，用E表示其中的全桥并网逆变器，用F表示其中的电网；在A中包括N个光伏阵列模块Aj，B中包括N个DC-AC变换器Bj，C中包括N个高频变压器Cj，D中包括N对由2个二极管组成的一对桥臂DjI-Dj2 ； 其中N彡2，j = 1 N ；将A中的每一个光伏阵列模块Aj与B中相应的每一个DC-AC变换器Bj连接，B中的每一个DC-AC变换器Bj与C中相应的每一个Cj连接，C中每一个Cj与D中相对应的由2 个二极管组成的一对桥臂Djl-Dj2连接，D中的整流桥的直流输出端再与E的直流输入端连接在一起，E的输出端与F连接在一起，由此组成光伏并网发电系统；N个DC-AC变换器Bj 1-BJ4产生N相交流电，每一个DC-AC变换器Bj 1-BJ4分别与对应的高频变压器Cj连接，N个高频变压器Cj也产生N相交流电，N个DC-AC变换器Bjl_Bj4 与N个高频变压器Cj相连接后再与N相的D中相对应的由2个二极管组成的一对桥臂 Djl-Dj2连接，进行N相AC-DC变换，由此完成N相光伏发电DC-DC变换器的DC-DC变换过程；B中的每一个DC-AC变换器Bj的具体构成如下 Bl由开关管B11、B12、B13和B14组成，用B11-B14表示， B2由开关管B21、B22、B23和BM组成，用B21-B24表示， B3由开关管B31、B32、B33和BM组成，用B31—B34表示，BJ由开关管BJ1、BJ2、BJ3和BJ4组成，用BJ1—BJ4表示，BN由开关管BN1、BN2、BN3和BN4组成，用Bm_BN4表示，E由开关管E1、E2、E3和E4组成；第二，光伏并网发电系统运行中出现问题的检测和判断上述光伏并网发电系统的A输出的最大功率点所对应的电压、电流和功率对应如下 Al的输出电压、电流和功率分别是V1，II, Pl, A2的输出电压、电流和功率分别是V2，12，P2， A3的输出电压、电流和功率分别是V3，13，P3，AJ的输出电压、电流和功率分别是VJ，IJ, PJ,AN的输出电压、电流和功率分别是VN，IN, PN ；当该光伏并网发电系统在运行中出现某一或多个光伏阵列模块发生损坏、受局部阴影、灰尘或碎杂物遮蔽的问题时，通过检测每一个光伏阵列模块的输出电压和输出功率来判断每一个光伏阵列模块所处的状况，采用比较各光伏阵列最大功率点所对应的电压VI、 V2、V3、…、VJ、…和VN，并比较各光伏阵列模块最大功率点所对应的功率P1、P2、P3、…、 PJ、…和PN的方法来发现上述问题之所在，具体检测结果和判断如下①各个光伏阵列模块的输出电压、电流和功率应该近似相等，即V1^ V2 ^ V3 … ^ VJ VN, Il 12 ^ 13 IJ · IN, Pl P2 P3 PJ ··· PN, 表明所有光伏阵列模块工作正常；②当某一个光伏阵列模块的输出电压为零或当某一个光伏阵列模块的输出功率远小于其它光伏阵列模块的输出功率时，表明该光伏阵列模块出现了光伏阵列模块本身损坏、 受局部阴影、灰尘或碎杂物遮蔽的问题；第三，光伏发电DC-DC变换器的控制方法，即对上述检测结果和判断②的问题的解决方法如下I.调整N相光伏发电DC-DC变换器中的各个DC-AC变换器的相角因上述光伏并网发电系统中N相光伏发电DC-DC变换器的相数变化而引起的该光伏发电DC-DC变换器中的DC-AC变换器B的相角相差的计算Al和Bl连接，Bl再与Cl连接，A2和B2连接，B2再与C2连接，AJ和BJ连接，BJ再与CJ连接，AN和BN连接，BN再与CN连接，在该光伏并网发电系统中共有N个上述相同的单元组合，但各个单元组合中的DC-AC 变换器Bj的相角不同 Bl的相角为#=0度，B2的相角为度，BJ的相角为㈨=-(·/_ D^r度，BN的相角为度，由此产生N相交流电的相角依次相差f，N相交流电通过上述N相光伏发电DC-DC变换器中的N相二极管整流器组D后将得到很小的电流纹波，并且相数N越大，电流纹波越当该光伏并网发电系统中某1个光伏阵列模块损坏，那么该光伏并网发电系统中的N相光伏发电DC-DC变换器的将变为(N-I)相，相角差为$度，当该光伏并网发电系统中有χ个光伏阵列模块损坏，那么该光伏并网发电系统中的N相光伏发电DC-DC变换器将变为(N-x)相，相角差为g度，χ < N ；通过调整N相光伏发电DC-DC变换器中的各个DC-AC变换器Bj的相角，使得N相光伏发电DC-DC变换器所输出的纹波最小。
全文摘要
本发明一种光伏发电DC-DC变换器及其控制方法，涉及带有中间变换为交流的直流功率输入变换为直流功率输出的变换器，以一个DC-AC变换器连接一个高频变压器，该高频变压器再连接一个单相二极管整流器构成一个组成结构单元，将N个上述的组成结构单元并联，组成光伏发电DC-DC变换器，其中N≥2。当光伏并网发电系统中若干个光伏阵列模块发生问题使得其输出的最大功率大幅下降时，光伏发电DC-DC变换器的相数不做调整，但要调整发生问题的光伏伏阵列模块的输出电压为其他所有正常的光伏阵列模块输出电压的平均值。本发明克服了现有光伏并网发电系统中因“串联中的某个光伏电池发生故障，会降低整个系统的效率”的缺点。
文档编号H02M3/38GK102158094SQ201110127118
公开日2011年8月17日 申请日期2011年5月17日 优先权日2011年5月17日
发明者杨晓光, 汪友华 申请人:河北工业大学