[发明专利]具有带反向MOSFET的降压转换器的光伏系统充电控制器

说明书

技术领域

本发明总体涉及光伏系统充电控制器，尤其是采用最大功率点跟踪的光伏系统充电控制器，以及应用在光伏系统充电控制器和反相换流器中的功率电器。

背景技术

从太阳能发电的光伏（PV）系统已经确立自己为一种成功的、可靠的发电选择。随着这类系统的成本已经降低，公共事业供电的成本逐步提高，以及更加关注可再生能源和替代能源的需求，光伏系统持续被普及开来。基本上，光伏系统包括：由能够将太阳能转化为直流（DC）电能的光伏电池组成的一个或多个光伏板或模块构成的光伏阵列；由用于存储光伏阵列产生的电能的一个或多个电池组成的电池组；和用于控制由光伏阵列产生电能对一个或多个电池充电的充电控制器。由光伏阵列产生的和/或存储在电池组中的直流（DC）电能提供用于负载的供电。在一些系统中，负载可包括用于将直流（DC）电能转换为适合功率交流（AC）负载的交流电（AC）的反相换流器。光伏系统经常被用于独立于公共电源的功率负荷，如其中来自公用电网的电力是不可用的或不可行的，且这些光伏系统通常被称作“离网”和“独立”的光伏系统。在其他情况下，称为“在网”和“电网连接”光伏系统的光伏系统被用于向公用电网供应电力。

 光伏系统已经设计为不采用最大功率点跟踪（MPPT）的传统充电控制器，这种控制器称作非最大功率点跟踪的充电控制器。非最大功率点跟踪充电控制器将光伏（PV）阵列直接连接至电池组进行充电。通常，光伏阵列的输出电压和电池组进行充电所需的电压之间是不匹配的，导致光伏阵列的最大功率输出利用率不足。不匹配的原因在于，在标准测试条件下，大多数光伏模块的额定标称值为12V，但因为它们是为差于标准条件设计的，所以实际上它们明显产生更多的电压。另一方面，例如标称值12V的电池根据电池的充电状态需要更接近实际的12V（通常14V）。当非最大功率点跟踪（non-MPPT）充电控制器正在对电池组充电时，PV模块经常迫使在电池电压小于 PV模块能够产生其最大功率的最佳运行电压下工作。因此，通过制约光伏阵列在最大输出功率运行，非最大功率点跟踪充电控制器人为限制电力生产到次优水平。

通过使用功率电器来管理光伏阵列和电池组之间的电压不匹配， 最大功率点跟踪（MPPT）充电控制器解决了非最大功率点跟踪充电控制器的上述缺点。

最大功率点跟踪充电控制器执行的主要功能涉及测量光伏模块输出来寻找最大功率电压（VMP），即PV模块能够产生最大功率的电压，并涉及在最大功率电压运转PV模块以从光伏阵列提取或收获全部功率（瓦），而与当前的电池电压（VB）无关。

光伏模块由具有单个操作点的光伏（PV）电池构成，其中电池的电流值（I）电压值（V）导致最大的功率输出。最大功率电压VMP随操作条件，包括天气、阳光强度、阴天和光伏电池温度而变化。随着光伏模块的最大电池电压VMP变化，最大功率点跟踪充电控制器“跟踪”VMP并调整输送到电池中的最大功率电压和电流之间的比率，以与电池需要匹配。最大功率点跟踪充电控制器使用控制电路或逻辑搜索最大功率输出操作点并采用功率电器从光伏模块中抽取最大功率。

最大功率点跟踪充电控制器使用的功率电器具有超过输出电压的更高输入电压，因此VMP> VB。在反相换流器中，输入电压可能比输出电压低。通常功率电器设计包括高频DC-DC转换器，它从作为转换器输入的光伏阵列接受最大功率电压并将最大功率电压转换成作为转换器输出的电池电压。通过收获使用非最大功率点跟踪（non-MPPT）充电控制器就会留下未收获的光伏模块功率可以实现电池充电电流的增加。随着最大功率电压变化，实际的充电电流增加的实现也会有所不同。一般来说，光伏阵列的最大功率电压和电池电压的不匹配和区别越大，充电电流的增加也会越大。充电电流的增加在较低的温度下通常是更大的，因为随着光伏电池温度的下降，光伏模块可用的功率输出和最大功率电压将增加。此外，在电池高度放电的情况下，较低的电池电压将导致更大的充电电流的增加。