[发明专利]一种光伏组件输出P-V特性优化装置和其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及光伏发电技术领域，具体涉及一种用于光伏电源系统中光伏组件的输出装置及其控制方法。

背景技术

随着能源的日益紧张，发展新能源技术逐步成为关注的热点。其中安全，清洁，可靠的太阳能已经成为新能源的重要组成部分，在各个领域开始发挥作用。因此，太阳能发电技术是解决全球能源危机和环境问题，实现可持续发展的重要策略之一。

在光伏发电系统中，由于光伏组件输出功率-电压（P-V）特性呈现非线性，并具有最大功率点，且其最大功率点随着光照和环境温度等因素变化而变化，为了最大化系统的输出功率，必须采用适当的最大功率跟踪点技术。保证系统总是运行在光伏组件最大功率点，以获得光伏发电的最大效能。

光伏组件在光照条件不变的情况下，其P-V特性曲线只有一个极值点，即最大功率跟踪点，如图1所示，光伏组件在不同光照条件下的V-I和P-V特性曲线。然而光伏发电系统周围常常存在建筑物或是树木等遮挡物，其在光伏组件上形成的局部阴影不仅导致光伏组件输出功率降低，而其P-V特性曲线出现多个极值点，如图2所示，为局部阴影条件下光伏组件的P-V特性曲线。由于光伏组件的P-V特性曲线出现了多个极值点，常用的扰动观察法和导纳增量法容易陷入局部极值点，从而并不能保证光伏组件运行在真正的全局最大功率点，造成能量损失，效率低下。

为了提高具有多个功率极值点的光伏组件的输出功率，目前已有相关策略致力于改进和提出新型的全局最大功率点跟踪算法方面，这些方法存在一个共同的问题：当光伏组件出现多个极值点后，这些方法只能被动的搜索光伏组件当前的全局最大功率点，此时全局最大功率点的功率远小于当前光伏组件可输出的功率，其效率仍然低下；同时，最大功率点跟踪算法的参数设计和实现比较复杂。

发明内容

本发明的首要目的是提供一种用于光伏组件的输出P-V特性优化装置和相关的控制方法，使光伏组件在局部阴影等恶劣的光照效果下仍然具有一个最大功率极值点，保障了全局最大功率极值点的实现，从而确保了光伏组件在局部阴影条件下的能量转化效率。

本发明的另一个目的是提供一种用于光伏组件的输出P-V特性优化装置和相关的控制方法，在保证输出效能的前提下，可以匹配原有扰动观察法和导纳增量法设备，不会使后级设备增加额外的负担，具有通用性。

本发明的技术方案如下：

光伏组件输出P-V特性优化装置，其特征在于：它包括：

电池组，包括输出电压相同的第一、第二、第三和第四光伏电池元，各自按正负极正向相串联，按串联顺序具有A1、B1和F1三个电池节点；

放电桥臂，包括按正负极反向相串联的第一、第二、第三和第四二极管；按串联顺序具有A2、B2和F2三个放电节点；

电容桥臂，包括按正负极同向相串联的第一、第二、第三和第四电容；按串联顺序具有A3、B3和F3三个电容节点

开关桥臂，包括相串联的第一、第二、第三和第四开关；按串联顺序具有A4、B4和C4三个开关节点；

其中，所述电池组、放电桥臂、电容桥臂和开关桥臂的两端均按照各自内部元件串联的方向同向并联；A2与A3之间用线圈L3相连；A3与A4之间具有线圈L1；F3与F4之间具有线圈L2；该线圈L1、L2和L3耦合，且同名端分别位于A2、A3和F3；B1、B2、B3和B4连通；F1、F2和F3连通。

本方案结构的改进有：

较佳方案中，所述开关为电/光控制方式的电子开关部件，包括MOSFET、二极管。其中MOSFET也可以使用晶体管、光电耦合器等替代。

较佳方案中，所述第一和第三开关均为P沟道MOSFET；所述第二和第四开关均为N沟道MOSFET；所述第一开关和第二开关、所述第三开关和第四开关各自漏极相连；所述第二开关和第三开关以源极相连；

其中，所述第一开关和第二开关、第三开关和第四开关各共用一个驱动地。

在本结构方案基础之上，采用的P-V优化策略为：

其中，第一、第二、第三与第四开关均以等周期、50%占空比的驱动方式工作；所述第一开关与第二开关、第三开关与第四开关各自互补；所述第一开关和第三开关的驱动信号具有一个移相角φ；

一载波V_tri，其波形为：