太阳能并网发电能量输出最大化电路结构制造技术

一种电力系统技术领域的太阳能并网发电能量输出最大化电路结构，包括：太阳能电池组、基本逆变单元、软连接器和控制器，构成多电平级联式逆变拓扑结构，太阳能电池组由独立的太阳能电池板通过串／并接的方式组成额定电压输出为４８Ｖ的组合板块，基本逆变单元由电力电子开关器件构成桥式电路，太阳能电池电压通过控制器对四个开关器件通／断时间的控制，使基本逆变单元在确定的时间段内输出正、零、负三种状态的阶梯电压，软连接器由电力电子开关器件组成，通过控制器的ＰＷＭ策略解决基本逆变单元相互之间的串／并连接关系，实现该系统拓扑结构的阶梯微分正弦交流电的输出，使系统最大限度地促使太阳能电池在低谐波与高功率因数下达到能量输出最大化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种电力系统
的电路结构，具体是一种太阳能并网发电能量输出最大化电路结构。
技术介绍
针对当前能源日益紧张和环保问题日益突出的问题，太阳能作为可再生能源采用并网发电的方式向电网补充电能已经成为当前世界开发新能源技术的研究热点。光伏并网发电的关键技术在于如何使光伏阵列输出最大功率并尽可能安全有效地传输给用户或电网。上述问题取决于三大方面的技术成果电力电子器件、逆变电路拓扑结构以及逆变控制策略。多电平级联逆变电路是当前较为先进的一种直流/交流(DC/AC)逆变拓扑，该电路追求最大限度地降低并网谐波成分。在所有的逆变电路中全靠电力电子开关器件的通/断来实现输出电压形式的转换。众所周知，电子开关器件处于断路的工作状态时，即断开了能量输出通道，这在一般的DC/AC中，根本不存在能量滞留或损失的问题，但是，在太阳能光伏并网中情况就发生了根本的变化，因为太阳能电池是根据光生伏特效应实现光能向电能的转换吸收光能激发出非平衡电子空穴对；非平衡电子和空穴从产生处向非均匀势场运动；非平衡电子和空穴在非均匀势场作用下向相反方向运动而分离。如果光伏电池在太阳光的强烈照射下这种分离趋势所产生的电势能未能得到及时的泄放，不仅会造成能量的浪费，而且还会引起非均匀势场的破坏而出现激发能力衰退的现象。经对现有技术文献的检索发现，文献“Multilevel converters as a utilityinterface for renewable energy systems”(Tolbert，Leon M.and Peng，FangZ.SourceProceedings of the IEEE Power Engineering SocietyTransmission and Distribution Conference，v 2，2000，p 1271-1274)(IEEE电力工程学报，“用于可再生能源的级联变换接口”)介绍了一种用于太阳能并网发电中的多电平级联电路设计，由独立的逆变回路与每组太阳能电池组成一个逆变单元，将多个逆变单元进行固定串接，通过控制器对这些串接的逆变单元通/断时间进行控制，形成多电平移相级联，由于采用有限的直流电平通过移相级联的方式构成近似的正弦波形，因此这种波形的谐波成分少，在无需特别的滤波装置就可以使这种正弦交流电直接并入电网运行。又因为这种电路没有使用电感与电容器件，因此其功率因数也能达到很高的水平。这些都是该电路的显著特点。但是，上述此类电路在考虑降低谐波成分和提高功率因数的时候，并没有考虑到如何使太阳能并网发电系统能量输出最大化的问题。换句话说，上述文献没有考虑当开关器件处于关断状态时太阳能电池能量的释放问题。因此，不仅会造成能量的浪费，而且还会引起非均匀势场被破坏而出现激发能力衰退的现象。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足和缺陷，提供一种太阳能并网发电能量输出最大化电路结构，使其可以最大限度地促使光伏电池在高功率因数下达到能量输出最大化，进而确保了系统发电效率在光伏电池单片转换效率固定与光照条件有限的情况下达到最高的程度。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术包括太阳能电池组、若干基本逆变单元、软连接器和控制器，这些部件构成多电平级联式逆变拓扑结构。太阳能电池组由若干独立的太阳能电池板通过串/并接的方式组成额定电压输出为48V的组合板块，太阳能电池组连接到基本逆变单元，太阳能电池输出电压接入基本逆变单元的两个输入端，在控制器输出的触发信号作用下，基本逆变单元中的四个开关器件接受控制器的通/断时间控制，使得基本逆变单元输出端能够在控制器确定的时间段内输出正、零、负三种状态的电平。软连接器也是由电力电子开关器件组成，在控制器控制下，解决基本逆变单元与基本逆变单元相互之间的串/并连接关系，实现该拓扑结构的阶梯微分正弦交流电的输出，所谓阶梯微分正弦交流电，即利用有限的阶梯电压通过移相方式进行叠加而产生一种近似正弦波形的交流电。所述太阳能电池组由4个独立的太阳能电池板，每个太阳能电池板的额定输出电压24V，将其两两串接后再并接而成，并接后的两端头即为太阳能电池组的电压输出端头，因此，太阳能电池组的额定输出电压为48V。所述基本逆变单元由4个电力电子开关器件构成桥式电路，控制器的开通/关断触发信号决定每个电力电子器件的导通与截止时间，进而确定基本逆变单元输出端输出电平的正、零、负三种状态。所述软连接器由电力电子器件组合而成，利用电力电子开关器件的软开关特性在控制器的控制下起着等效继电开关的作用，并根据不同的时间段对基本逆变单元之间进行串接或者并接。所述控制器，负责基本逆变单元正、负两个方向的通/断时间控制，以及基本逆变单元之间串接或者并接方式的控制。采用本专利技术的软连接器可以使得由光强激发的电能全部释放到电网中去，同时对基本逆变单元通/断时间变得非常简单根据市电频率50Hz计算得出正弦交流电半周时间为10ms，所有组成多电平级联逆变拓扑的基本逆变单元在控制器的控制下同时正向导通和同时负向导通，正/负向导通时间均分别为10ms，也就是说，所有的基本逆变单元同时导通10ms后，又同时关闭正向，再同时开启负向导通10ms，如此周而复始，循环不止。阶梯微分正弦输出，则是由软连接器在控制器的控制下予以实现当第一个正向阶梯电压输出时，将所有的基本逆变单元全部并接；当第二阶梯电压叠加时刻到达时，将原并接的基本逆变单元分成两组进行串接，实现两个阶梯电压的阶梯状叠加；当第三个阶梯电压叠加时刻到达时，分别将第一、第二阶梯电压中并接的基本逆变单元各断开三分之一，并将这两个三分之一数量的基本逆变单元并接后再与第二个阶梯电压串接，实现三个阶梯电压的阶梯状叠加；如此反复至峰值电压出现即完成了正弦交流电四分之一周期的阶梯状电压输出；随后开始阶梯电压的递减过程，将原先依次改并接为串接，依照反向顺序，依次改串接为并接；当正向导通时间达到10ms时，控制器控制所有的基本逆变单元负向导通，接着软连接器在控制器的控制下重复实现上述过程，因此完成整个周期的阶梯微分正弦交流电的输出。在本专利技术的上述过程作用下，始终保证了上述逆变过程太阳能电池功率输出的最大化。本专利技术主要性能指标(1)17次以下谐波全部被滤除；(2)功率因数达到96％以上；(3)太阳能电池由光强转换的电能输出效率达到98％以上。附图说明图1本专利技术的系统结构2本专利技术的基本逆变单元电路3本专利技术的软连接器的拓扑结构图具体实施方式如图1所示，本专利技术包括太阳能电池组1、基本逆变单元2、软连接器3、控制器4，额定电压输出48V的太阳能电池组1连接基本逆变单元2，将太阳能电池组的电能输入至基本逆变单元2，基本逆变单元2的输出与软连接器3连接，由软连接器3根据控制器4的控制时间计算值，决定基本逆变单元2相互之间连接方式，或串接，或并接，控制器4控制基本逆变单元2正、负向导通时间及其切换，以及控制基本逆变单元2在不同的时间点上相互间的串/并连接方式的改变。如图2所示，每个基本逆变单元2由4个电力电子开关器件构成桥式电路，当左上、右下电力电子开关器件导通，而左下、右上电力电子开关器件截止时，基本逆变单元2输出正电平；当左上、右下电力电子开关器件截止，而左下、右本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能并网发电能量输出最大化电路结构，包括：太阳能电池组（１）、若干基本逆变单元（２）、软连接器（３）、控制器（４），其特征在于，系统构成多电平级联式逆变拓扑结构，太阳能电池组（１）由太阳能电池板组成额定电压输出为４８Ｖ的组合板块，太阳能电池组（１）连接基本逆变单元（２），基本逆变单元（２）由电力电子开关器件构成桥式电路，将与其连接的太阳能电池组（１）的输出电压通过控制器（４）对基本逆变单元（２）中电力电子开关器件通／断时间的控制，基本逆变单元（２）的输出与软连接器（３）连接，软连接器（３）根据控制器（４）的控制时间计算值决定若干基本逆变单元（２）相互之间连接方式，或串接，或并接，控制器（４）控制基本逆变单元（２）正、负向导通时间及其切换，以及控制若干基本逆变单元（２）在不同的时间点上相互间的串／并连接方式的改变。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曾国辉，张秀彬，赵兴勇，肖杭，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]