[发明专利]内嵌储能型多模块串联式光伏直流升压变换器及应用方法

权利要求书

1.一种内嵌储能型多模块串联式光伏直流升压变换器，其特征在于，包括多个依次串联的光伏直流升压变换器子模块，所述光伏直流升压变换器子模块包括：混合储能模块、隔离型全桥DC-DC电路、双向升/降压变换器以及光伏阵列；光伏阵列的第一输出端分别连接隔离型全桥DC-DC电路的第一输入端和双向升/降压变换器的第一输入端，光伏阵列的第二输出端分别连接隔离型全桥DC-DC电路的第二输入端和双向升/降压变换器的第二输入端；所述双向升/降压变换器的输出端与混合储能模块电连接，所述隔离型全桥DC-DC电路的第一输出端、第二输出端分别构成光伏直流升压变换器子模块的两端；其中：

所述混合储能模块，用于平衡光伏直流升压变换器子模块输出的功率；

所述隔离型全桥DC-DC电路，用于实现升压和最大功率点跟踪；

所述双向升/降压变换器，用于对混合储能模块的输出功率和隔离型全桥DC-DC电路的输入功率进行控制；

所述光伏阵列的输出与所述隔离型全桥DC-DC电路的输入直接连接；

所述混合储能模块包括：超级电容和蓄电池，所述超级电容用于承担光伏发电输出功率中的功率突变部分，即高频波动分量；所述蓄电池用于承担光伏发电输出功率中的平滑部分，即低频波动分量。

2.根据权利要求1所述的内嵌储能型多模块串联式光伏直流升压变换器，其特征在于，所述隔离型全桥DC-DC电路包括：开关管V₁、开关管V₂、开关管V₃、开关管V₄、一次侧电容C_i、二次侧电感L、二次侧电容C_o、变压器、二极管D₁、二极管D₂、二极管D₃、二极管D₄；一次侧电容C_i的正极分别连接开关管V₁的集电极、开关管V₃的集电极，开关管V₁的发射极分别连接至开关管V₂的集电极、变压器一次侧的一端；开关管V₃的发射极分别连接至开关管V₄的集电极、变压器一次侧的另一端；所述开关管V₂的发射极、开关管V₄的发射极均连接至一次侧电容C_i的负极；变压器二次侧的一端分别连接至二极管D₁的正极、二极管D₂的负极，变压器二次侧的另一端分别连接至二极管D₃的正极、二极管D₄的负极；二极管D₁的负极、二极管D₃的负极均通过二次侧电感L连接至二次侧电容C_o的正极，二次侧电容C_o的负极与二极管D₂的正极、二极管D₄的正极相连；其中一次侧电容C_i的两端构成隔离型全桥DC-DC电路的两个输入端，一次侧电容C_o的两端构成隔离型全桥DC-DC电路的两个输出端。

3.根据权利要求1所述的内嵌储能型多模块串联式光伏直流升压变换器，其特征在于，所述双向升/降压变换器采用Buck/Boost双向变换器，即相当于Buck变换器和Boost变换器的组合，能够运行在两个象限，能实现能量的双向流动。

4.一种内嵌储能型多模块串联式光伏直流升压变换器的应用方法，其特征在于，基于权利要求1至3中任一项所述的内嵌储能型多模块串联式光伏直流升压变换器，包括如下步骤：

输入电压稳定步骤：将多个光伏直流升压变换器子模块汇流的输出电压和电流输送至单双极性DC-DC变换器，实现对输出电压的单双极性转换，并控制单双极性DC-DC变换器输入电压的稳定；

输出电压稳定步骤：根据隔离型全桥DC-DC电路输出端的电压波动的高频分量与低频分量，实现对混合储能单元的功率分配，并控制隔离型全桥DC-DC电路输出电压保持稳定；

功率点跟踪步骤：通过MPPT控制模块采集多个光伏阵列的输出电压和电流，通过对光伏阵列的最大功率点进行跟踪，使得光伏阵列工作在最大功率点处。

5.根据权利要求4所述的内嵌储能型多模块串联式光伏直流升压变换器的应用方法，其特征在于，采用变步长的爬山法实现对MPPT的控制，具体地包括如下两个阶段：

第一阶段，当光伏阵列的工作点离最大功率点大于阈值S时，步长保持恒定；

第二阶段，当光伏阵列的工作点离最大功率点小于等于阈值S时，步长则开始逐渐减小；其中S的取值由多次重复实践经验确定。