[发明专利]用于功率优化的电压转换器及其模式切换方法

说明书

本发明涉及用于功率优化的电压转换器及其模式切换方法。电压转换器从相应的光伏组件吸取电能，电压转换器串联且它们的输出电压叠加获得直流母线电压。电压转换器输出的期望电压等于与之对应的光伏组件提供的对外功率比上总功率计算出的比值再乘以直流母线电压的设定值。电压转换器的期望电压和与之对应的光伏组件的最大功率点电压之比不超过第一增益时其进入降压的第一模式，当电压转换器输出的期望电压和与之对应的光伏组件的最大功率点电压之比不低于第二增益时其进入升压的第二模式，当电压转换器输出的期望电压和与之对应的光伏组件的最大功率点电压之比介于第一增益和第二增益之间时其进入输出电压等于输入电压的第三模式。

技术领域

本发明主要涉及到太阳能的发电领域，更确切的说，是涉及到在含有光伏组件的发电系统中提出了对直流电源适应性地采用升压或降压的切换方案，保障直流母线电压的平缓改变而避免过激的振荡及其尽量降低电压转换器的功率损耗。

背景技术

在大规模的集中式和电池组串式的集总优化的方案中，目标是完成组件串联构成的电池组串级别的最大功率点跟踪，弊端是如果电池组串中的某些电池老化、损坏或处于被阴影遮挡的状态时，将严重影响一个电池组串的整体发电效率。业界的应对措施，主要的解决手段是单独地为每一块组件都配备一个独立功率优化器而实施最大功率追踪，以期待颠覆传统的集总优化的方案，有益的效果是：因为设计的发电系统中每一个组件都是在本地优化后输送最大的功率给到逆变器，藉此在同一个电池组串中不同的组件通过优化器自行平衡输入参数和输出参数。关于电池的特性，光伏电池不是按照设想的那样能够作为完美的直流电源，光伏电池无论是输出电流还是输出电压以及输出的对外功率，都是随着周边环境温度和光辐照强度等一些外部因素的变化而变化，导致了通常的光伏组件在能量的优化方面无法达到最优的吸收。光伏组件是逐步老化的，电池性能和品质在几十年的寿命时段内是不断地衰退，同一批次的不同电池之间的工作曲线也并非完全一致，数量众多电池板更导致了电池之间的老化程度不一致和电池特性不一致。现有技术针对效率优化器并没有提供较为完善的升压或降压切换方案来避免功率的损耗。

功率优化器在本地自我平衡输出参数和输出参数，而不必再要求逆变器以整体性的形式来集总优化，关于平衡输入和输出：功率优化器主要是寻找光伏组件的输出电压和输出电流计算得到的最大功率点，而且功率优化器同时还将自身的输出电压和输出电流设置成与光伏组件的输出电压和输出电流没有直接的关系。考虑到光伏电站的以上弊端尤其是光伏组件的不匹配问题，不匹配主要是电池电压和电流的组合造成的，电池被建筑物遮挡或电池表面吸附灰尘、云层遮挡、程度不同的老化和温度及辐射强度的急剧变化等，都是不匹配的诱引，不匹配问题直接导致光伏组件产生不平衡的功率损失。光伏电池输出的最大功率点取决于优选的输出电流乘以优选的输出电压，在任何环境条件的状态下，每块光伏电池都存在着某个最大的功率点，关于最大功率点的追踪方案，业界在很多现有技术已经进行了充分的讨论：如中国专利申请201110097292.1披露的光伏功率优化器包含多路串联并行的电池组件，每一个组件连接一个带优化功能的效率优化器，且每个电池组件模块的输出在功率优化器模块的输入点接入，主要目的在于利用效率优化器优化每块光伏电池板的效能，即便是电池组串中的任意某几块电池板出现失配问题时，余下的电池仍然能够输出最大功率，以追求能够补偿因失配问题而产生的发电量损失的效果。

发明内容

在可选的实施例中，本申请披露了一种用于功率优化的电压转换器，包括：

多个电压转换器并且每一个电压转换器从相应的一个光伏组件吸取电能；

多个电压转换器相互串联且它们各自的输出电压叠加获得直流母线电压；

多个电压转换器对应的多个光伏组件各自输出的对外功率相加为总功率；

任意一个电压转换器输出的期望电压等于与之对应的光伏组件的对外功率比上总功率计算出的比值再乘以直流母线电压的设定值；

任意一个电压转换器在第一至三模式之间切换：