[发明专利]一种光伏阵列拓扑结构、并网系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光伏阵列拓扑结构、并网系统及控制方法，属于光伏发电技术领域。

背景技术

能源是人类生存和发展的物质基础，在社会发展中起到关键性的作用，然而，随着社会经济的发展，一方面人们对能源的需求与日俱增，另一方面人们遭遇到了由能源短缺问题和能源消耗导致的环境污染问题引起的巨大挑战，新能源发电技术成为国内外寻求解决能源问题的研究热点。太阳能是一种清洁、无污染的自然能源，光伏发电技术正得到广泛的推广与应用。

单个光伏组件的输出功率较小，为了满足负载容量的要求，通常将光伏组件进行串、并联，形成能输出较大功率的光伏阵列。光伏阵列在太阳光照下产生电能，在理想的情况下可以长时间稳定的输出电能，但是在实际复杂的工作环境中，由于周围建筑物、树木、云层等存在，容易在光伏阵列上形成阴影，使阵列局部辐射强度减弱，即整体照射不均匀，此时光伏阵列性能变坏，输出功率大大降低，被遮蔽部分的光伏组件甚至会成为负载，发热而消耗功率，进一步有可能使电池发生雪崩击穿而损坏电池，大大降低了光伏发电系统的运行效率和安全性。因此，在设计光伏发电系统时，考虑光伏阵列的局部阴影条件，对光伏阵列进行优化设计，具有重要的实际意义。

光伏阵列的传统结构是在组件串联支路中，先串联一个阻断二极管，防止全阵列输出电压过低时功率倒送对光伏阵列造成损坏，然后对每个(或几个)串联的光伏电池，配置一个并联的旁路二极管，防止在局部阴影条件下，光伏串联电池由于功率失配，发生热斑现象。光伏阵列的工作方式是，在均匀光照的情况下，旁路二极管处于反向截止，光伏电池正常工作；当某一光伏电池处在被遮蔽情况下，由于光生电流减小，组件电压变为负压，此时与之并联的旁路二极管导通，保护了光伏电池不被反向雪崩电流击穿，但此时光伏电池承受反压而成为负载，消耗能量，使阵列的输出功率降低。

传统的光伏阵列结构实际是保证了光伏阵列的正常运行，而让受阴影遮蔽的部分电池消耗能量，不是一种经济、有效的优化方式。并且，在随机阴影条件下，由于旁路二极管的存在，光伏阵列的电压功率输出特性复杂化，功率电压曲线具有多个局部极值点，对光伏的最大功率点跟踪控制也造成了困难。因此，有必要设计一种新型的光伏阵列拓扑结构、并网系统及控制方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种光伏阵列拓扑结构、并网系统及控制方法，该光伏阵列拓扑结构、并网系统及控制方法能使光伏组件达到最大功率输出，并有效解决在阴影条件下光伏阵列的功率失配问题，提高光伏阵列的输出功率。

发明的技术解决方案如下：

一种光伏阵列拓扑结构，光伏阵列包括并联的多条光伏支路，每一条光伏支路包括组件支路和补偿支路，组件支路由阻塞二极管、N个光伏组件和一个电容依次串联而成，补偿电路包括N个电感和N个IGBT桥臂；所有的IGBT桥臂均与组件支路并联；每一个IGBT桥臂由两个IGBT组成；N个IGBT桥臂对应的N个中点分别通过N个电感连接到N个光伏组件的N个负极端点处；N为大于或等于2的整数。

所述的N为3.

一种基于前述的光伏阵列拓扑结构的光伏阵列控制方法，包括(1)电流补偿过程和(2)电压补偿过程；

(1)电流补偿过程为：

电流补偿指采用N-1个所述的IGBT桥臂进行电流补偿；

对每一条光伏支路的前N-1个IGBT桥臂中的每一个IGBT桥臂，都实施以下控制：

获取电感L_i的电流I_Li，与补偿电流I_{Li_ref}比较，然后通过滞环比较，得到第i个IGBT桥臂上开关管(Vi、Vin)的控制信号G_Li，即当I_{Li_ref}-I_Li＜-0.1，使下桥臂IGBT(即Vin)导通，当I_{Li_ref}-I_Li＞0.1，使上桥臂IGBT(Vi)导通，当-0.1＜I_{Li_ref}-I_Li＜0.1，控制信号为0，上下桥臂IGBT都不导通；

其中，补偿电流I_{Li_ref}即第i个电感L_i上应注入的电流大小，且I_{Li_ref}＝I_Mi-I_Mi+1，I_Mi为第i个光伏组件的最大功率电流；

(2)电压补偿过程：

电压补偿是指基于第N个IGBT桥臂对光伏支路中的电容进行电压补偿；