[发明专利]能量回馈式高频隔离型电力电子变换电路及光伏发电系统

说明书

技术领域

本发明属于太阳能光伏发电技术领域，具体涉及一种能量回馈式高频隔离型电力电子变换电路，还涉及一种基于该能量回馈式高频隔离型电力电子变换电路的高频隔离型光伏发电系统。

背景技术

目前，光伏发电系统主要分为集中式、单支路式、多支路式、直流模块和交流模块(也称微型逆变器)等多种形式。对于大规模光伏发电系统而言，考虑硬件成本的因素，集中式光伏发电系统占有非常大的优势。但是，由于光伏阵列是由光伏面板(或称光伏组件)直接进行串并联连接组成，灰尘、落叶、云朵、积雪、树影、高大建筑物等遮挡阳光引起的部分阴影问题，或者串联连接的光伏面板由于不同朝向、角度以及不同参数等原因引起的与部分阴影问题同样的失配问题，以上问题统称为部分阴影问题。它们的存在都会导致光伏阵列的整体输出功率下降，同时受部分阴影影响的光伏面板也会出现热斑效应，从而导致光伏面板可能出现故障，势必影响整个光伏发电系统的安全。因此，为防止光伏面板的热斑效应或断路等故障，通常在光伏面板两端并联旁路二极管。当旁路二极管导通时，光伏面板两端电压等于二极管压降。若导通的旁路二极管数量较多时，势必导致光伏发电系统无法向电网或负载供电。因此，如何克服光伏发电系统部分阴影和断路等故障问题是近些年来研究的热点。

文献[1]重点分析了以单端反激变换器为例的直流模块结构。该结构仅仅根据最大功率点工作原理控制光伏面板能量单方向传递给负载。文献[2]分析的是由斩波电路和逆变电路组成的光伏发电系统。当光伏面板电压低时斩波电路工作，从而传递能量给负载，反之，斩波电路不工作，由光伏面板直接向负载供电。该电路既不是隔离电路，也不是能量回馈电路。文献[3]研究了一种单端反激变换电路，此电路将光伏发电系统的直流母线能量回馈到光伏面板。此电路仅仅用于一块光伏面板的阴影抑制，没有涉及多块光伏面板并联时抑制阴影的措施。文献[4]重点分析了并联型直流模块工作原理，比较分析了串联直流模块和旁路直流模块的工作原理。并联型和串联直流模块都是以独立的电力电子电路与光伏面板级联形式来完成光伏面板的阴影抑制功能。旁路直流模块是用斩波电路实现的，其工作原理是将未受阴影影响的光伏面板能量通过电路转移到受阴影影响的光伏面板电路，而且电路是非隔离的。文献[5]研究了基于直流模块电路的光伏发电系统，实现将光伏模块发生的能量单方向传输给负载。文献[6]研究了基于光伏面板P-V特性校正方法与装置，是利用三个电容和两个MOSFET功率管的多飞渡电容法来实现。采用的是非隔离型电路，这两个文献都是将未受阴影影响的光伏面板多余能量通过飞渡电容转移到受阴影影响的光伏面板电路。文献[7]研究了由两个MOSFET功率管、一个电感和两个电容组成的校正电路，通过将未受阴影影响的光伏面板的多余能量传递到电感和电容中，从而达到向受阴影影响的光伏面板转移能量的目的。文献[8]研究了蚁群并联光伏发电系统，每块光伏面板通过电容器的充放电和一个开关不停地周期动作将能量单方向传递给负载。文献[9]研究了交流模块电路，它的基本思想是把光伏面板的能量通过电力电子电路的最大功率的形式单方向传递到交流电网。文献[10]是研究基于模糊控制的自适应光伏阵列变结构方法，它是根据部分阴影现象，利用开关矩阵改变光伏子模块的连接方式，从而快速降低光伏系统输出功率损失。文献[11]研究了具有级联和旁路功能的DC-DC模块集成电路，采用所有级联和旁路功能的DC-DC模块集成电路占空比之和等于1的策略来进行控制，此电路是非隔离型电路。

文献[1]张琦，孙向东，钟彦儒，基于串联型DC module的光伏发电系统研究，西安理工大学学报，2009，25(4)：410-414.

文献[2]孙向东，钟彦儒，任碧莹，一种光伏发电系统的电路结构，中国专利，CN200810232114.3，2009-04-15.

文献[3]张琦，孙向东，钟彦儒，松井幹彦，一种新颖的用于解决光伏发电系统部分阴影问题的电路拓扑，第六届IEEE国际电力电子与运动控制会议，2009，1-4：1169-1174.(Zhang Qi，Sun X.D.，Zhong Y.R.，Matsui M.，A Novel Topology for Solving the Partial Shading Problem in Photovoltaic Power Generation System，2009IEEE 6th international power electronics and motion control conference.2009，1-4：1169-1174.)