[发明专利]基于DPP结构的光伏优化模块及其控制方法

说明书

【技术领域】

本发明属于太阳能光伏发电领域，特别涉及一种基于功率差额补偿(DifferentialPowerProcessing，DPP)结构的光伏优化模块，同时提出了一种多级分时自适应的最大功率跟踪(MaximumPowerPointTracking，MPPT)控制策略。

【背景技术】

太阳能是目前最有应用前景的清洁可再生能源。然而实际中存在的阴影遮挡、污点、热梯度、倾斜等非理想条件会导致光伏板内的严重失配现象，进而造成光伏板输出功率极大降低。为了应对失配问题，在传统光伏系统中引入了分布式最大功率跟踪(DistributedMaximumPowerPointTracking，DMPPT)的概念，即将一个DC-DC变换器与一个光伏子模块相连构成一个模块，再以该模块为基本单元进行串联构成一个光伏板系统。DMPPT可以允许所有光伏子模块在失配条件下工作在各自的最大功率点(MaximumPowerPoint，MPP)。但是，每个DC-DC变换器必须处理与它相连的光伏子模块的全部输出功率。即使变换器的效率很高，整个光伏板系统的功率传输损失也很大。

为了解决这一问题，相关文献提出了基于DPP结构的光伏系统，如图1所示。差额变换器与光伏子模块并联，且只需处理相邻的串联光伏子模块之间的失配功率。这部分功率只占光伏子模块输出总功率的一小部分，因此，相比于DMPPT结构，整个光伏板系统的效率较高，差额变换器的功率等级要求较低、体积较小。但由于每个差额变换器和中央变换器均需要一组MPPT控制单元和比例积分双闭环控制器，整个光伏板系统的成本依然较高。

【发明内容】

本发明公开了一种基于DPP结构的光伏优化模块，同时提出了一种多级分时自适应MPPT控制策略，可以保证精确追踪各个光伏子模块的MPP，并提高了MPPT的速度和能量传输效率，同时进一步提高了系统集成度、降低了系统成本。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于DPP结构的光伏优化模块，包括三个光伏子模块、两个差额变换器、一个中央变换器和一个MPPT控制单元，其中，三个光伏子模块串联连接，两个差额变换器与光伏子模块并联连接，中央变换器连接在所述的光伏优化模块的输出端，所述MPPT控制单元根据采集的第一和第二光伏子模块的输出电压和电流以及光伏优化模块总的输出电压和中央变换器的电感电流，在分时自适应使能信号的控制下运行扰动观测法，输出两个电压参考信号和一个电流参考信号，所述两个电压参考信号分别经过第一和第二光伏子模块的比例积分双闭环控制器进行控制，所述电流参考信号经过中央变换器的比例积分控制器进行控制。

所述的差额变换器采用Buck-Boost电路，中央变换器采用Boost电路。

中央变换器采用Boost电路，包括第一电感L、第一开关S和二极管，其中，第一电感和二极管串联连接，所述第一开关与第一电感和二极管并联。

每个差额变换器采用Buck-Boost电路，包括两个开关和一个电感，其中，两个开关串联连接，电感与两个开关并联。

每个变换器配备有独立的比例积分控制器，用以实现电压或电流的跟踪控制。

一种基于DPP结构的光伏优化模块的控制方法，首先设置MPPT控制单元的使能信号初始值为1，对第一光伏子模块进行电压扰动，当第一光伏子模块的输出达到最大功率时，设置MPPT控制单元的使能信号为0，开始对第二光伏子模块进行电压扰动，同时保持第一光伏子模块的电压在其最大功率点电压，当第二光伏子模块的输出达到最大功率时，设置MPPT控制单元的使能信号为-1，开始对中央变换器进行电流扰动，调整其电感电流，从而扰动第三光伏子模块的电压，使其输出达到最大功率。

所述MPPT控制单元内设置有公共变量，在对第一光伏子模块进行电压扰动时，将第一光伏子模块的输出电压和电流赋予该公共变量，在自适应使能信号的控制下运行扰动观测算法，输出一个电压参考信号V_ref1，此时，为了避免第一光伏子模块进行MPPT时第二光伏子模块因等待而引起的功率损失，让第二光伏子模块跟随第一光伏子模块的电压参考信号。

在对第一光伏子模块进行MPPT时，第二光伏子模块的电压跟随第一光伏子模块经扰动后的电压参考信号，此时，第三光伏子模块的电压也被扰动。

所述MPPT控制单元根据光伏优化模块的输出电压和中央变换器的电感电流进行扰动观测法，以调整中央变换器的电感电流，从而扰动第三光伏子模块的电压。