[发明专利]一种基于继电器旁路提高光伏并网逆变器转换效率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光伏发电领域。特别涉及一种基于继电器旁路提高光伏并网逆变器转换效率的方法。

背景技术

近年来，可再生能源发电技术，如光伏发电和风力发电等，得到广泛关注，成为人类能源可持续发展战略的重要组成部分。可再生能源发电系统通常采用并网逆变器直接挂接电网，逆变器的控制性能将直接影响到电网供电的质量。因此，光伏并网逆变器的控制研究具有重要现实意义。

两级式光伏并网逆变器分为前级升压电路和后级逆变电路，中间一般用较大的电解电容作为母线电容将两级连接起来，同时起到了能量缓冲和解耦前级升压电路对后级逆变控制影响的作用。当光伏电池低电压输出时，前级升压电路使得母线电容上电压升高从而达到后级逆变并网的最低电压要求。当光伏电池高电压输出时，前级升压电路停止工作，电流直接通过升压电感和二极管到母线上，这样前级电路的损耗有二极管导通损耗和电感电阻损耗；学者吴卫民2010在中国电机工程学报发表的文章《单相分时复合并网逆变器新型间接电流控制方法[J]》.提出了分时复合控制控制策略，该控制策略使前后两级电路交替高频工作减小了开关损耗，同时减小母线电容容量，但是光伏电池输出端仍需加入较大容量的电解电容，系统补偿环节的参数设计较传统控制困难且网电流THD也比传统控制策差。学者宁耀斌2012年在电力电子技术发表文章《混合三电平单相光伏并网发电系统研究[J]》，提出在光伏电池与母线电容间旁接一个二极管，当光伏电池高电压输出时，电流经由旁路二极管流过，这样与没旁接二极管的相比减少了电感上的电阻损耗。

在已公开的专利文献中，如申请号201120471697.2两级光伏逆变器旁路二极管及旁路DC/DC变换器，此实用新型专利利用的是二极管旁路来提高光伏逆变系统的转换效率，控制策略比较传统。在我的发明专利中，对其系统及控制策略进行了优化改进。用旁路继电器替代旁路二极管，当旁路继电器导通时，只有继电器主触点接触阻抗造成的损耗，此损耗与电流经过升压电感和防反二极管造成的损耗之和相比较小，与旁路二极管造成的损耗相比也较小。控制策略的优化改进：（1）设计了滞环比较器控制不同工作模式的自动切换，且能够避免逆变器在不同模式间的频繁切换；（2）在工作模式一时，利用爬山法实现最大功率点追踪和升压功能，后级逆变器采用电压外环和电流内环双闭环控制，母线稳压双闭环控制器保证工作模式一的正常运行；（3）在工作模式二时，利用爬山法实现最大功率跟踪，后级逆变器采用功率外环与电流内环双闭环控制策略，光伏电池双闭环控制器保证工作模式二的正常运行。

发明内容

针对目前两级式光伏并网逆变器存在的转换效率问题，本发明公开了一种基于继电器旁路提高光伏并网逆变器转换效率的方法，使光伏电池在输出电压过高或过低时，通过自动切换工作模式，工作在最佳的工作状态，降低了系统的损耗，提高了系统的转换效率。

本发明解决上述问题的方案是：通过电流和电压传感器测得光伏电池的输出电流I_pv和输出电压U_pv，将光伏电池输出电压值U_pv与滞环比较器设定的电压阈值比较。当光伏电池的输出电压U_pv小于滞环比较器的下限阈值U_{b_dn}时，旁路继电器K处于关闭状态，系统处于工作模式一；当光伏电池的输出电压U_pv大于滞环比较器的下限阈值U_{b_dn}，小于滞环比较器的上限阈值U_{b_up}时，系统维持在工作模式一，这样能防止后级逆变器在两种工作模式间频繁切换；当光伏电池的输出电压U_pv大于滞环比较器的上限阈值U_{b_up}时，前级升压电路停止工作，同时旁路继电器K闭合，电流经旁路继电器K流过，系统处于工作模式二。

本发明的技术效果在于：通过对传统的单相两级式光伏并网逆变器拓扑进行了优化改进，用继电器替代旁路二极管，并设计了滞环比较器对旁路继电器进行开通/关断控制，对系统工作模式自动进行切换。当光伏电池输出电压过高时，切换工作模式，避免了前级电路升压电感和二极管造成的损耗，降低了系统的损耗，提高了系统的转换效率。

附图说明