[发明专利]单电感智能光伏模块及控制方法以及基于该模块的光伏系统

说明书

【技术领域】

本发明属于太阳能光伏发电研究领域，特别涉及一种新型的智能光伏模块的电路结构及其控制方法。

【背景技术】

太阳能作为一种清洁，无污染，取之不尽，用之不竭的可再生能源，其优点在快速发展的今天越来越多的得到社会的关注。但是由于其投资费用高，输出效率低，输出能量不稳定等问题，如何最大化利用光伏太阳能板产生的能量就成为决定光伏产业发展的决定性因素。太阳能板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，供给电网或者用户。太阳能板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。因为并网设备的要求，需要串联多个太阳能板来达到足够高的并网电压；又因为光伏系统容量的要求，太阳能板需要并联来输出足够的能量，所以传统的光伏太阳能系统都是基于太阳能板的串并联来构成一个光伏阵列，从而实现大容量光伏发电。对于一个这样一个光伏太阳能系统来说，如果被周围的树木、烟囱或其他物体投射的阴影部分遮挡住时，就会导致整个系统出现“失配”问题，也就是无法让光伏阵列中的每一块太阳能板工作在最大功率点，这种失配现象对于整个光伏系统来说会带来如下危害：

1)严重影响到整个太阳能系统的发电量；

2)缩短光伏太阳能板的使用寿命；

3)整个系统输出特性出现“多峰值”的特性曲线，影响并网设备的正常运行；

4)系统发生震荡，严重时会影响电网稳定性。

5)严重时会影响整个电网的用电质量。

针对上述问题，大多数解决方法偏重于从控制角度解决问题，通过复杂的最大功率跟踪算法（Maximum Power Point Tracking--MPPT）来寻找光伏阵列在不匹配情况下的输出全局最大功率点。这种方法建立在高精度的检测环节、精确的调节器设计和复杂的控制程序基础上，系统可靠性差，目前还无法被工业界广泛采用。而且，即使通过某种复杂的算法可以找到整个光伏系统的全局最大功率点，还是无法达到系统理论的最大输出功率点，从而严重影响整个光伏太阳能系统的输出效率，所以并没有从根本上解决问题。

【发明内容】

本发明提出一种新的光伏太阳能板结构，通过电力电子器件取代了传统太阳能板接线盒中的并联二极管。并且通过合理的功率调节控制，使得一块标准的太阳能电池板中的每一个光伏电池串在任何外部光照条件下都可以工作在系统的最大功率点，极大地提高了光伏太阳能系统在不匹配光照条件下的输出功率。这种电路结构控制简单，相比较目前业界的光伏优化器，具有器件数少，成本低，控制系统简单，更强的抑制不匹配干扰能力，可集成度高等优点，大大提高了光伏太阳能板本身的智能程度，具有广泛的应用前景。

本发明采用如下技术方案：

一种单电感智能光伏模块，包括光伏电池组、电力电子开关臂对、电容、电感，以及最大功率跟踪单元，所述电力电子开关臂对与电容并联形成开关网络，每一个开关网络并联在每一个光伏电池组的两端，所述开关网络的输出端依次串联后再与所述电感串联，所述每一个开关网络连接有各自的闭环控制回路，所述最大功率跟踪单元采集到光伏优化器输出的电流和电压信号后通过计算得到最大功率的对应电压控制信号并将其传输给每一个开关网络的闭环控制回路以保证每一个光伏电池组在任何外部光照条件下都工作在系统优化的最大输出功率点。

作为本发明的优选实施例，所述电力电子开关臂对主要由一个开关和一个二极管组成。

一种基于上述单电感智能光伏模块的光伏系统，所述光伏系统由单电感智能光伏模块作为基本单元进行串并联构成。

一种如上述所述的单电感智能光伏模块的控制方法，最大功率跟踪单元检测到光伏优化器输出端的电压和电流信号后，通过最大功率跟踪算法对其进行最大功率跟踪计算，得到此刻光照条件下的最大功率电压指令值，然后将该最大功率电压指令值同时送给各个开关网络的闭环控制回路，并将所述最大功率电压指令值作为闭环控制回路的控制环电压指令信号以控制相应光伏电池组的开关管。

作为本发明的优选实施例，所述开关网络的闭环控制回路接收到所述最大功率电压指令值后，比较各自输入光伏电池组的电压幅值和给定的指令电压值，生成同步错相的PWM信号，去控制相应的开关管。

作为本发明的优选实施例，每一个开关网络的开关控制信号错相控制，相差360/n度，其中，n为一块标准光伏电池板中的电池组数目。