用于功率优化的电压转换器及其模式切换方法技术

本发明专利技术涉及用于功率优化的电压转换器及其模式切换方法。电压转换器从相应的光伏组件吸取电能，电压转换器串联且它们的输出电压叠加获得直流母线电压。电压转换器输出的期望电压等于与之对应的光伏组件提供的对外功率比上总功率计算出的比值再乘以直流母线电压的设定值。电压转换器的期望电压和与之对应的光伏组件的最大功率点电压之比不超过第一增益时其进入降压的第一模式，当电压转换器输出的期望电压和与之对应的光伏组件的最大功率点电压之比不低于第二增益时其进入升压的第二模式，当电压转换器输出的期望电压和与之对应的光伏组件的最大功率点电压之比介于第一增益和第二增益之间时其进入输出电压等于输入电压的第三模式。

Voltage Converter for Power Optimization and Its Mode Switching Method

The invention relates to a voltage converter for power optimization and a mode switching method thereof. Voltage converters absorb energy from the corresponding photovoltaic modules. Voltage converters are connected in series and their output voltage is superimposed to obtain DC bus voltage. The expected output voltage of the voltage converter is equal to the ratio of the external power to the total power provided by the corresponding photovoltaic module and multiplied by the set value of the DC bus voltage. When the ratio of the expected voltage of the voltage converter to the maximum power point voltage of the corresponding photovoltaic module does not exceed the first gain, the voltage converter enters the first step-down mode. When the ratio of the expected voltage of the voltage converter to the maximum power point voltage of the corresponding photovoltaic module is not lower than the second gain, the voltage converter enters the second step-up mode. When the expected voltage of the voltage converter and the maximum power point voltage of the corresponding photovoltaic module are not When the ratio of the maximum power point voltage of the corresponding photovoltaic module is between the first gain and the second gain, the input and output voltage of the photovoltaic module is equal to the third mode of the input voltage.

【技术实现步骤摘要】
用于功率优化的电压转换器及其模式切换方法
本专利技术主要涉及到太阳能的发电领域，更确切的说，是涉及到在含有光伏组件的发电系统中提出了对直流电源适应性地采用升压或降压的切换方案，保障直流母线电压的平缓改变而避免过激的振荡及其尽量降低电压转换器的功率损耗。
技术介绍
在大规模的集中式和电池组串式的集总优化的方案中，目标是完成组件串联构成的电池组串级别的最大功率点跟踪，弊端是如果电池组串中的某些电池老化、损坏或处于被阴影遮挡的状态时，将严重影响一个电池组串的整体发电效率。业界的应对措施，主要的解决手段是单独地为每一块组件都配备一个独立功率优化器而实施最大功率追踪，以期待颠覆传统的集总优化的方案，有益的效果是：因为设计的发电系统中每一个组件都是在本地优化后输送最大的功率给到逆变器，藉此在同一个电池组串中不同的组件通过优化器自行平衡输入参数和输出参数。关于电池的特性，光伏电池不是按照设想的那样能够作为完美的直流电源，光伏电池无论是输出电流还是输出电压以及输出的对外功率，都是随着周边环境温度和光辐照强度等一些外部因素的变化而变化，导致了通常的光伏组件在能量的优化方面无法达到最优的吸收。光伏组件是逐步老化的，电池性能和品质在几十年的寿命时段内是不断地衰退，同一批次的不同电池之间的工作曲线也并非完全一致，数量众多电池板更导致了电池之间的老化程度不一致和电池特性不一致。现有技术针对效率优化器并没有提供较为完善的升压或降压切换方案来避免功率的损耗。功率优化器在本地自我平衡输出参数和输出参数，而不必再要求逆变器以整体性的形式来集总优化，关于平衡输入和输出：功率优化器主要是寻找光伏组件的输出电压和输出电流计算得到的最大功率点，而且功率优化器同时还将自身的输出电压和输出电流设置成与光伏组件的输出电压和输出电流没有直接的关系。考虑到光伏电站的以上弊端尤其是光伏组件的不匹配问题，不匹配主要是电池电压和电流的组合造成的，电池被建筑物遮挡或电池表面吸附灰尘、云层遮挡、程度不同的老化和温度及辐射强度的急剧变化等，都是不匹配的诱引，不匹配问题直接导致光伏组件产生不平衡的功率损失。光伏电池输出的最大功率点取决于优选的输出电流乘以优选的输出电压，在任何环境条件的状态下，每块光伏电池都存在着某个最大的功率点，关于最大功率点的追踪方案，业界在很多现有技术已经进行了充分的讨论：如中国专利申请201110097292.1披露的光伏功率优化器包含多路串联并行的电池组件，每一个组件连接一个带优化功能的效率优化器，且每个电池组件模块的输出在功率优化器模块的输入点接入，主要目的在于利用效率优化器优化每块光伏电池板的效能，即便是电池组串中的任意某几块电池板出现失配问题时，余下的电池仍然能够输出最大功率，以追求能够补偿因失配问题而产生的发电量损失的效果。
技术实现思路
在可选的实施例中，本申请披露了一种用于功率优化的电压转换器，包括：多个电压转换器并且每一个电压转换器从相应的一个光伏组件吸取电能；多个电压转换器相互串联且它们各自的输出电压叠加获得直流母线电压；多个电压转换器对应的多个光伏组件各自输出的对外功率相加为总功率；任意一个电压转换器输出的期望电压等于与之对应的光伏组件的对外功率比上总功率计算出的比值再乘以直流母线电压的设定值；任意一个电压转换器在第一至三模式之间切换：当其输出的期望电压和与之对应的光伏组件的最大功率点电压之比不超过第一增益时电压转换器进入降压的第一模式；当其输出的期望电压和与之对应的光伏组件的最大功率点电压之比不低于第二增益时电压转换器进入升压的第二模式；当其输出的期望电压和与之对应的光伏组件的最大功率点电压之比介于第一增益和第二增益之间时电压转换器进入输出电压等于输入电压的第三模式。上述的用于功率优化的电压转换器，其中：第一增益G1满足0.9≤G1＜1，第一增益G1等效于是电压转换器在第一模式下的最大占空比。第二增益G2满足1＜G2≤1.1，第二增益G2计算的式子（1-1/G2）是电压转换器在第二模式下的最小占空比。上述的用于功率优化的电压转换器，其中：设置每一个电压转换器具有耦合到相应的光伏组件正极的第一输入端和具有耦合到相应的光伏组件负极的第二输入端、具有提供输出电压的第一和第二输出端；第三模式下的电压转换器的第一输入端直接短路到第一输出端以及第二输入端直接短路到第二输出端。上述的用于功率优化的电压转换器，其中：任意一个光伏组件从未被遮挡逐步转向发生被遮挡时；被遮挡的光伏组件输出的对外功率占总功率的份额逐步降低，促使其所对应的电压转换器从光伏组件未被遮挡时的第二模式经由第三模式过渡到被遮挡时的第一模式。上述的用于功率优化的电压转换器，其中：任意一个光伏组件从被遮挡逐步转向解除被遮挡时；被遮挡的光伏组件输出的对外功率占总功率的份额逐步升高，促使其所对应的电压转换器从光伏组件被遮挡时的第一模式经由第三模式过渡到未被遮挡时的第二模式。上述的用于功率优化的电压转换器，其中：电压转换器在从第二模式到第三模式的切换阶段，电压转换器输出侧的输出电容上的电荷倒灌到电压转换器输入侧的输入电容，迫使电压转换器输出侧的输出电压的变化趋势与电压转换器从第二模式到第一模式的切换所要求的输出电压的变化趋势趋同。上述的用于功率优化的电压转换器，其中：电压转换器在从第一模式到第三模式的切换阶段，电压转换器输入侧的输入电容上的电荷流向电压转换器输出侧的输出电容上，迫使电压转换器输出侧的输出电压的变化趋势与电压转换器从第一模式到第二模式的切换所要求的输出电压的变化趋势趋同。上述的用于功率优化的电压转换器，其中：多个光伏组件在第二环境条件下的总功率比第一环境条件下的总功率大；以及直流母线电压在第二环境条件下的设定值高于第一环境条件下的设定值；并且第一和第二环境条件均包括光伏组件所处环境的光照强度因素和环境温度因素。上述的用于功率优化的电压转换器，其中：电压转换器为正极性的Buck-Boost电路，用于将与之对应的一个光伏组件的输出电压和输出电流设置在最大功率点处。在另一个可选的实施例中，本申请还披露了一种用于功率优化的电压转换器的模式切换方法，其特征在于其中：将多个电压转换器予以串联连接并通过叠加它们各自的输出电压获得直流母线电压；利用每一个电压转换器从相应的一个光伏组件吸取电能；设定多个电压转换器对应的多个光伏组件各自输出的对外功率相加得到总功率；任意一个电压转换器输出的期望电压等于与之对应的光伏组件提供的对外功率比上总功率计算出的比值再乘以直流母线电压的设定值；所述的方法包括：当电压转换器输出的期望电压和与之对应的光伏组件的最大功率点电压之比不超过第一增益时电压转换器切换进入降压的第一模式；当电压转换器输出的期望电压和与之对应的光伏组件的最大功率点电压之比不低于第二增益时电压转换器切换进入升压的第二模式；当电压转换器输出的期望电压和与之对应的光伏组件的最大功率点电压之比介于第一增益和第二增益之间时电压转换器切换进入输出电压等于输入电压的第三模式。上述的方法，其中：第一增益G1满足0.9≤G1＜1；第二增益G2满足1＜G2≤1.1。上述的方法，其中：设置每一个电压转换器具有耦合到相应的光伏组件正极的第一输入端和具有耦合到相应的光伏组件负极的第二输入端、具有提供输本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于功率优化的电压转换器，其特征在于，包括：多个电压转换器并且每一个电压转换器从相应的一个光伏组件吸取电能；多个电压转换器相互串联且它们各自的输出电压叠加获得直流母线电压；多个电压转换器对应的多个光伏组件各自输出的对外功率相加为总功率；任意一个电压转换器输出的期望电压等于与之对应的光伏组件的对外功率比上总功率计算出的比值再乘以直流母线电压的设定值；任意一个电压转换器在第一至三模式之间切换：当其输出的期望电压和与之对应的光伏组件的最大功率点电压之比不超过第一增益时电压转换器进入降压的第一模式；当其输出的期望电压和与之对应的光伏组件的最大功率点电压之比不低于第二增益时电压转换器进入升压的第二模式；当其输出的期望电压和与之对应的光伏组件的最大功率点电压之比介于第一增益和第二增益之间时电压转换器进入输出电压等于输入电压的第三模式。

【技术特征摘要】
1.一种用于功率优化的电压转换器，其特征在于，包括：多个电压转换器并且每一个电压转换器从相应的一个光伏组件吸取电能；多个电压转换器相互串联且它们各自的输出电压叠加获得直流母线电压；多个电压转换器对应的多个光伏组件各自输出的对外功率相加为总功率；任意一个电压转换器输出的期望电压等于与之对应的光伏组件的对外功率比上总功率计算出的比值再乘以直流母线电压的设定值；任意一个电压转换器在第一至三模式之间切换：当其输出的期望电压和与之对应的光伏组件的最大功率点电压之比不超过第一增益时电压转换器进入降压的第一模式；当其输出的期望电压和与之对应的光伏组件的最大功率点电压之比不低于第二增益时电压转换器进入升压的第二模式；当其输出的期望电压和与之对应的光伏组件的最大功率点电压之比介于第一增益和第二增益之间时电压转换器进入输出电压等于输入电压的第三模式。2.根据权利要求1所述的用于功率优化的电压转换器，其特征在于：第一增益G1满足0.9≤G1＜1，第一增益G1等效于是电压转换器在第一模式下的最大占空比；第二增益G2满足1＜G2≤1.1，第二增益G2计算的式子1-1/G2是电压转换器在第二模式下的最小占空比。3.根据权利要求1所述的用于功率优化的电压转换器，其特征在于：设置每一个电压转换器具有耦合到相应的光伏组件正极的第一输入端和具有耦合到相应的光伏组件负极的第二输入端、具有提供输出电压的第一和第二输出端；第三模式下的电压转换器的第一输入端直接短路到第一输出端以及第二输入端直接短路到第二输出端。4.根据权利要求1所述的用于功率优化的电压转换器，其特征在于：任意一个光伏组件从未被遮挡逐步转向发生被遮挡时；被遮挡的光伏组件输出的对外功率占总功率的份额逐步降低，促使其所对应的电压转换器从光伏组件未被遮挡时的第二模式经由第三模式过渡到被遮挡时的第一模式。5.根据权利要求1所述的用于功率优化的电压转换器，其特征在于：任意一个光伏组件从被遮挡逐步转向解除被遮挡时；被遮挡的光伏组件输出的对外功率占总功率的份额逐步升高，促使其所对应的电压转换器从光伏组件被遮挡时的第一模式经由第三模式过渡到未被遮挡时的第二模式。6.根据权利要求4所述的用于功率优化的电压转换器，其特征在于：电压转换器在从第二模式到第三模式的切换阶段，电压转换器输出侧的输出电容上的电荷倒灌到电压转换器输入侧的输入电容，迫使电压转换器输出侧的输出电压的变化趋势与电压转换器从第二模式到第一模式的切换所要求的输出电压的变化趋势趋同。7.根据权利要求5所述的用于功率优化的电压转换器，其特征在于：电压转换器在从第一模式到第三模式的切换阶段，电压转换器输入侧的输入电容上的电荷流向电压转换器输出侧的输出电容上，迫使电压转换器输出侧的输出电压的变化趋势与电压转换器从第一模式到第二模式的切换所要求的输出电压的变化趋势趋同。8.根据权利要求1所述的用于功率优化的电压转换器，其特征在于：多个光伏组件在第二环境条件下的总功率比第一环境条件下的总功率大；以及直流母线电压在第二环境条件下的设定值高于第一环境条件下的设定...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永，胡晓磊，
申请(专利权)人：丰郅上海新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31