隔离型直流模块式光伏并网系统控制研究

传统的光伏并网系统为了获得与电网电压相匹配的直流输出电压,需将多个光伏组件串、并联后经过非隔离DC-DC变换器,其结构扩充性较差,且无法实现每块光伏组件的最大功率点运行。直流模块式光伏并网系统采用高频隔离型DC-DC连接单个光伏组件和直流母线,并可根据实际需要将多个子模块相并联。该结构不仅具有安装灵活、维修方便等优点,还保证了每块光伏组件的最大功率点运行,提高了光伏电池的效率,且前后级相隔离提高了系统的安全性,适用于城市建筑集成光伏(BIPV)中。文章以隔离型全桥拓扑作为光伏直流模块中的DC-DC变换器,分析了直流模块式光伏并网系统的工作原理,对多直流模块并联情况进行研究,提出了控制策略。最后构建了直流模块式光伏并网系统的实验原型和仿真模型,验证了系统和控制的可行性。     

直流模块式建筑集成光伏系统的协调控制

直流模块式建筑集成光伏(building integrated photo- voltaic,BIPV)系统由大量并联于直流母线的光伏直流建筑模块和集中逆变模块构成,具有能量转化效率高、可扩展性和可维护性好等优势,适合于建筑集成应用。然而在直流模块式BIPV系统中,每个光伏直流建筑模块的输出能量随着光照、温度等因素变化,具有较强的随机性,同时大量光伏直流建筑模块的并联进一步增加了系统内部能量流的复杂性,因此需要协调控制系统中大量的光伏直流建筑模块和集中逆变模块,保证系统能量平衡和稳定运行。该文首先分析了直流模块式BIPV系统协调控制的原理,提出一种基于直流母线电压恒定的协调控制策略;建立适用于系统协调控制器分析和设计的精确动态模型,给出一种系统协调控制器的设计方法;并通过实验验证了所提出的协调控制策略的有效性。     

基于Boost变换器的光伏MPPT跟踪器设计

建筑集成光伏(Building Integrated Photovoltaic,简称BIPV)技术,是光伏发电技术的重要组成部分之一。模块式能量变换拓扑是BIPV技术的发展方向。本文根据直流模块式BIPV系统的需求提出了一种基于Boost变换器的最大功率点跟踪器设计,令光伏电池能在变光照的情况下始终输出最大功率。最后,通过MAT-LAB仿真验证了其适用性。     

中压直挂光伏发电系统模块间电压–功率自主跟踪控制方法研究

中压直挂光伏发电系统不需要工频升压变压器和无功补偿装置,无夜间损耗,近年来受到广泛关注。大量光伏组串经隔离型直流变换器输出串联汇集,再通过模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)换流器并网送出功率,形成两级式中压直挂光伏发电拓扑。该拓扑运行效率高,但各光伏组串最大功率点追踪(maximum power point tracking,MPPT)控制较为困难。把隔离型直流变换器输入侧并联,并在光伏组串与隔离型直流变换器间插入MPPT变换器,有利于MPPT控制,但增加系统损耗。面向两级功率变换式中压直挂光伏发电系统,提出隔离变换器的模块间电压-功率自主跟踪控制方法,使变换器在实现各光伏组串最大功率点追踪控制的同时,不经过通信和闭环控制就可以实现各功率模块输出电压自动分配,从而可以减少功率变换层级,提高运行效率和鲁棒性。仿真分析和小功率实验结果验证所提模块间功率控制策略的有效性。     

高能效直流模块式光伏发电系统性能评估

在住宅和建筑集成应用中，光伏发电系统易受局部阴影和光照条件不同引起的光伏组件电气参数失配的影响，导致系统的能量转化效率较低，甚至可能形成热斑，损坏组件。为了提高光伏发电系统在阴影和失配条件下的能效，保护光伏模组，本文提出了一种基于并联直流模块的光伏发电系统结构，并与已有的串联直流模块和旁路直流模块式光伏发电系统进行了比较分析，综合评估了3种高能效直流模块式光伏发电系统的性能和特点。     

BIPV并网发电系统技术及应用

推动光电建筑应用,尤其是光伏建筑一体化(BIPV)应用,已成为促进建筑节能的一项重要内容。以尚德太阳能电力有限公司1.7 kW非晶硅薄膜BIPV并网发电系统为例,介绍了BIPV并网发电系统的设计、构成及应用,讨论了光伏组件的阵列布局、并网逆变设计和数据采集监控的相关技术,并着重阐述了几种常见的最大功率点跟踪(MPPT)技术,比较了它们的优缺点。最后指出BIPV并网发电兼具经济和社会效益,必将拥有更加广阔的发展前景。     

基于双向DC-DC变换器的光伏发电系统

针对离网型光伏发电系统提出了一种双向DC-DC变换电路,并将最大功率跟踪电路(MPPT)与其并联,主要能完成蓄电池的充放电,升降压电路的功能.由于与主电路并联,只有一少部分能量通过变换器进行处理,所以大大降低了功率变换器的损耗,提高了光伏组件的利用效率,而且所有的MPPT控制算法也能应用于该电路中.     

并联型单开关管光伏组件优化器的研究与设计

在光伏发电系统中,因局部阴影遮挡造成的特性失配是引起输出功率降低的重要原因。传统方案大多针对组串及组件失配问题,将每个光伏组件的输出经过变换器独立的最大功率跟踪后再串联加以解决,改变了原有系统连接结构。针对小功率分布式光伏发电系统主要遭遇的组件内失配问题,研究了一种不改变原有光伏组件结构的优化方法,并采用单开关的拓扑实现。该方法在光伏组件遇到局部阴影等造成的组件内特性失配时,可以从光伏组件的输出抽取能量,对受遮挡部分进行补偿,使得各个光伏子串的工作状态可调,从而提高这种情况下的总输出功率。该方法属于部分功率变换,且电路拓扑仅采用单个开关管,控制算法简单,电路损耗和成本较低。仿真和样机实验结果表明,该方法能够显著提高局部阴影条件下光伏组件的输出功率。     

直流光伏变换器的研究与应用

针对直流配电系统消纳新能源发电模式下缺乏直流型变换器的现状,基于交错并联Boost拓扑结构,结合扰 动观察法最大功率点跟踪(MaximumPowerPointTracking,MPPT) 控制策略,采用电压电流双闭环的控制模式, 开发了直流型光伏DC/DC变换器.对直流型光伏DC/DC变换器的调试表明,该变换器可实现光伏发电的高效化最 大功率点跟踪,输出稳定的直流电压,长时间带载实验表明该变换器具有稳定且高效的运行特性.     

光伏中压直流变换器串联系统控制策略研究

针对光伏中压直流变换器串联系统中光伏发电单元功率失配导致的变换器输出过电压及功率损失问题,分析了光伏直流变换器串联系统运行特性,推导了限电压控制下串联系统光伏功率损失与光伏发电单元功率不均衡度及变换器输出电压限幅值之间的关系;提出了改进型Boost全桥隔离功率模块拓扑及其调制策略,基于功率模块输入并联输出串联形成模块级联型直流变换器,通过占空比灵活调节,实现直流变换器宽输出电压范围运行,解决直流变换器调压能力不足导致的功率损失问题;针对光伏直流变换器串联系统复杂运行工况,提出了串联系统直流变换器自适应电压分段式控制策略,实现了串联系统直流变换器多模式自适应稳定运行。研制了3kV/80kW功率模块及20kV/500kW光伏中压直流变换器,基于3台直流变换器输出串联实现了光伏中压直流变换器串联升压并网系统实证应用,现场实验结果验证了所提直流变换器拓扑方案的可行性与控制策略的有效性。     

光伏发电系统高增益DC/DC变换器的研究

介绍了多种应用于光伏发电系统的前级DC/DC电路拓扑的优缺点,总结了DC/DC变换器应用于光伏发电系统中出现的新技术。提出了4种软开关高性能、高增益DC/DC非隔离及隔离型变换器的基本思想,以实现所有功率开关管的软开关。     

基于模糊理论的光伏发电最大功率点跟踪控制策略研究

介绍了光伏电池的特性,最大功率点跟踪原理和Boost变换电路,提出了一种基于模糊逻辑控制的最大功率点控制策略,即将光伏电池和Boost电路作为一个整体,通过检测负载功率的变化,来调整控制开关占空比,简化了系统。仿真结果表明,当外部环境发生变化的时候,系统能够迅速跟踪此变化,使系统始终工作在最大功率点附近,并具有较好的稳定性。     

多路LLC谐振变换器的光伏均衡器设计与仿真

为解决串联光伏模块在部分遮蔽情况下的功率失配问题,传统的差分功率处理结构大多采用基于单个光伏模块的多个DC/DC变换器,在解决遮蔽问题的同时带来了复杂性高和成本高的问题.提出了一种LLC型PV组串光伏均衡器,这种单输入-多输出的结构旨在利用LLC多绕组拓扑良好的对称性和输入、输出电压可变的特点实现对不同数量的遮蔽光伏组...     

直流微电网光伏发电最大功率点追踪方法

基于直流微电网母线电压稳定的实际情况,获得光伏电源电压和直流变换器占空比的函数关系,把占空比作为输入变量,在仅需测量光伏电源电流的基础上对其准确实施最大功率点追踪;可省略光伏发电直流微电网中众多分布式光伏电源端电压传感器及其相关电路,减少干扰,提高可靠性,降低系统成本。MATLAB下系统模型仿真和样机试验证明了所提控制方法的正确性与可行性。     

一种低成本、高效率的光伏电源系统研究

介绍了光伏电源系统的特性、最大功率点跟踪基本原理和Boost-buck变换电路,提出了一种模糊控制法太阳能电池最大功率点跟踪控制方法,即将太阳能电池板和Boost-buck变换电路作为一个整体,直接根据检测到的负载功率变化来控制占空比,这些改进简化了系统。实验结果表明,该系统在日照强度、环境温度及负载电阻变化较大时仍然能够快速、准确地跟踪到太阳能电池板的最大功率点,并满足软开关条件,具有较好的稳定性。     

High-Voltage DC-DC Converter Topology for PV Energy Utilization—Investigation and Implementation

This paper exploited the utilization of photovoltaic (PV) energy system with high-voltage (HV) output DC-DC converter. Classical boost converters are used for both renewable energy integration and HV applications, but limited by reducing output/efficiency in performance. Moreover, as parasitic elements suppress the power transfer ratio, converter needs to maximize the PV energy utilization. This investigation study focused to include additional parasitic elements (voltage-lift technique) to a standard DC-DC buck converter and to overcome all the above drawbacks to maximize the PV power generation. The proposed power circuitry substantially improves the output power gain transfer ratio and a prototype hardware module is implemented using industrial standard DSP TMS 320F2812. Numerical simulation development followed by an experimental prototype implementation is carried out in this investigation. A set of numerical and experimental results is provided in this paper, which show close conformity with the theoretical background.