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一种两级式串联光伏功率优化器系统无通讯浮充控制方法

阅读：172发布：2020-05-11

专利汇可以提供一种两级式串联光伏功率优化器系统无通讯浮充控制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及分布式光伏发电领域，旨在提供一种两级式串联光伏功率优化器系统无通讯浮充控制方法。包括：后级的直流变换器根据电池的输出电压将直流母线电压控制在设定的电压等级，并通过直流母线电压的变化将电池系统充电情况传递到前级；光伏功率优化器根据直流母线电压变化情况来决定是否进行最大功率点跟踪：当电池电压达到预设的浮动充电电压上限时，停止进行最大功率点跟踪；当电池电压下降到预设的浮动充电电压下限时，开始进行最大功率点跟踪，光伏功率优化器向后级输出功率，电池电压继续上升。本发明无需前后级之间附加通讯模块，可实现对电池系统浮动充电过程的自适应，降低了充电系统的复杂度，同时降低了系统成本。，下面是一种两级式串联光伏功率优化器系统无通讯浮充控制方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种两级式串联光伏功率优化器系统无通讯浮充控制方法，该系统中包含前后两级：前级由多块光伏电池板和多台串联运行的光伏功率优化器组成，每个光伏功率优化器分别接至一块光伏电池板的输出侧；后级由直流变换器和电池系统组成，前后两级之间为由后级控制的可调直流母线；其特征在于，该系统使用无通讯浮动充电控制方法，具体包括：
后级的直流变换器根据电池的输出电压将直流母线电压控制在设定的电压等级，并通过直流母线电压的变化将电池系统充电情况传递到前级；光伏功率优化器根据直流母线电压变化情况来决定是否进行最大功率点跟踪：当电池电压达到预设的浮动充电电压上限时，停止进行最大功率点跟踪，光伏功率优化器输出功率下降，电池电压不再上升；当电池电压下降到预设的浮动充电电压下限时，开始进行最大功率点跟踪，光伏功率优化器向后级输出功率，电池电压继续上升。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在浮动充电过程中，后级按如下方式进行控制：检测电池系统的电压Vbat，如果Vbat＞VH1，则直流变换器将其输入侧母线电压控制在VH2；如果Vbat＜VL1，则直流变换器将其输入侧母线电压控制在VL2；否则，后级直流变换器工作状态保持不变；其中，VH1、VL1分别是电池浮动充电过程中滞环电压的上限和下限。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在浮动充电过程中，前级按如下方式进行控制：各个优化器检测自己的输出电压Vout，如果某台优化器其输出电压Vout＞VH，则该台功率优化器关机，停止最大功率点跟踪，此时该台功率优化器向后级输出的功率将会下降；如果某台优化器其输出电压Vout＜VL，则该台功率优化器重新开机，开始最大功率点跟踪，该台功率优化器按照最大功率向后级输出功率；否则，功率优化器工作状态保持不变；其中VH为功率优化器停止最大功率点跟踪的上限关断电压，VL为功率优化器开始最大功率点跟踪的下限开启电压。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当中间直流母线电压被控制在VH2时，各个功率优化器的输出电压将渐次高于优化器关断电压VH，凡是满足输出电压Vout＞VH的功率优化器停止最大功率点跟踪，各功率优化器输出功率下降，最终将至0，前级不再向后级传输能量，电池电压不再上升，满足浮动充电特性要求；当中间直流母线电压被控制在VL2时，各个功率优化器的输出电压将渐次低于功率优化器开启电压VL，凡是满足输出电压Vout＜VL的功率优化器开始进行最大功率点跟踪，光伏板持续向后级传输能量，电池电压持续上升，满足浮动充电特性要求；其中，VH2＞N×VH，VL2＜N×VL，N是前级串联运行的光伏功率优化器的总数。

说明书全文

一种两级式串联光伏功率优化器系统无通讯浮充控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及分布式光伏发电领域，是一种两级式串联光伏功率优化器系统无通讯浮充控制方法。

背景技术

[0002] 太阳能安全、清洁、高效、可持续、分布广泛，光伏发电的过程中也不会产生任何污染气体，光伏产业发展迅猛。串联型功率优化器结构是众多光伏发电系统结构中的一种，功率优化器控制光伏电池输出电压，实现最大功率点追踪(MPPT)，输出端串联后形成直流母线再接入后级系统。串联型功率优化器结构可以有效解决阴影遮挡、组件老化导致的不匹配问题，具备模块化、低成本、灵活性高的特点。

[0003] 串联型功率优化器系统中每台光伏组件均连接一台功率优化器，功率优化器的输出串联，各个模块的电流相等，即：

[0004] Iout1＝Iout2＝…＝Ioutn＝Ibus，其中Ibus为直流母线的电流。

[0005] 中间直流母线的电压由后级系统提供，前级各优化器的输出电压之和为母线电压值，即：

[0006]

[0007] 其中Vbus为直流母线的电压。

[0008] 系统的输出功率等于所有优化器的输出功率之和，即：

[0009] 系统在稳态工作时，各个功率优化器的输出电压与其输出功率成正比，即：

[0010]

[0011] 当光伏串联优化器系统给各类电池系统充电时，必须要能实现一定的能量调度，即当电池电压经过充电过程逐渐升高至允许工作电压上限时，充电应当结束以避免对电池造成过冲进而损坏电池；当电池系统电压下降至正常工作电压以下时，充电应当及时开始以保证电池系统正常工作。

[0012] 现有技术中，通过两级式光伏串联优化器系统给各类电池系统充电时，主要是采用前后级之间有通讯的控制方法。这些控制方法的缺陷是成本高、系统复杂度高，给分布式光伏推广应用带来障碍。因此，提供一种全新的无需前后级通讯的电池系统充电控制方法是十分必要的。

发明内容

[0013] 本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中成本高、系统结构复杂、在两级式光伏功率优化器电池充电系统中必须要外加前后级通讯的不足，提供一种两级式串联光伏功率优化器系统无通讯浮充控制方法。

[0014] 为解决技术问题，本发明的解决方案是：

[0015] 提供一种两级式串联光伏功率优化器系统无通讯浮充(即浮动充电)控制方法，该系统中包含前后两级：前级由多块光伏电池板和多台串联运行的光伏功率优化器组成，每个光伏功率优化器分别接至一块光伏电池板的输出侧；后级由直流变换器和电池系统组成，前后两级之间为由后级控制的可调直流母线；该无通讯浮动充电控制方法包括：后级的直流变换器根据电池的输出电压将直流母线电压控制在设定的电压等级，并通过直流母线电压的变化将电池系统充电情况传递到前级；光伏功率优化器根据直流母线电压变化情况来决定是否进行最大功率点跟踪：当电池电压达到预设的浮动充电电压上限时，停止进行最大功率点跟踪，光伏功率优化器输出功率下降，电池电压不再上升；当电池电压下降到预设的浮动充电电压下限时，开始进行最大功率点跟踪，光伏功率优化器向后级输出功率，电池电压继续上升。

[0016] 本发明中，在浮动充电过程中，后级按如下方式进行控制：检测电池系统的电压Vbat，如果Vbat＞VH1，则直流变换器将其输入侧母线电压控制在VH2；如果Vbat＜VL1，则直流变换器将其输入侧母线电压控制在VL2；否则，后级直流变换器工作状态保持不变；其中，VH1、VL1分别是电池浮动充电过程中滞环电压的上限和下限。

[0017] 本发明中，在浮动充电过程中，前级按如下方式进行控制：各个优化器检测自己的输出电压Vout，如果某台优化器其输出电压Vout＞VH，则该台功率优化器关机，停止最大功率点跟踪，此时该台功率优化器向后级输出的功率将会下降；如果某台优化器其输出电压Vout＜VL，则该台功率优化器重新开机，开始最大功率点跟踪，该台功率优化器按照最大功率向后级输出功率；否则，功率优化器工作状态保持不变；其中VH为功率优化器停止最大功率点跟踪的上限关断电压，VL为功率优化器开始最大功率点跟踪的下限开启电压。

[0018] 本发明中，当中间直流母线电压被控制在VH2时，各个功率优化器的输出电压将渐次高于优化器关断电压VH，凡是满足输出电压Vout＞VH的功率优化器停止最大功率点跟踪，各功率优化器输出功率下降，最终将至0，前级不再向后级传输能量，电池电压不再上升，满足浮动充电特性要求；当中间直流母线电压被控制在VL2时，各个功率优化器的输出电压将渐次低于功率优化器开启电压VL，凡是满足输出电压Vout＜VL的功率优化器开始进行最大功率点跟踪，光伏板持续向后级传输能量，电池电压持续上升，满足浮动充电特性要求；其中，VH2＞N×VH，VL2＜N×VL，N是前级串联运行的光伏功率优化器的总数。

[0019] 发明原理描述：

[0020] 本发明根据电池系统的电压调整后级直流变换器输入侧直流母线电压，当电池电压上升至电池允许最高工作电压时，后级直流变换器将母线电压置高；当电池电压上升至电池允许最低工作电压时，后级直流变换器将母线电压置低。前级各个功率优化器根据直流母线电压的变化改变工作模式，当直流母线电压被置高时，各个功率优化器渐次开始停止最大功率点跟踪，前级整体输出功率减小直至为0；当直流母线电压被置低时，各个功率优化器渐次开始进行最大功率点跟踪，整体输出功率增加。

[0021] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0022] 本发明提供一种应用于两级式串联型光伏功率优化器系统的无通讯浮动充电控制方法，该方法无需前后级之间附加通讯模块，可实现对电池系统浮动充电过程的自适应，降低了充电系统的复杂度，同时降低了系统成本。附图说明

[0023] 图1是本发明所述的两级式串联型光伏功率优化器系统的结构图。

[0024] 图2是本发明所述的两级式串联型光伏功率优化器系统无通讯浮动充电控制方法流程图。其中，(1)为后级直流变换器的控制流程；(2)为前级功率优化器的控制流程。

[0025] 图3是本发明所述的两级式串联型光伏功率优化器系统主要波形图。

具体实施方式

[0026] 以下结合附图详细描述本发明的实施方式。

[0027] 两级式串联型光伏功率优化器系统前级主要由功率优化器和光伏电池板组成；后级由直流变换器和电池系统组成。本发明用三块光伏板及三台光伏功率优化器为例说明。

[0028] 图1是两级式串联型光伏功率优化器系统，主要包含三块光伏板，三个功率优化器，一个直流变换器和一个电池；前级功率优化器采用Boost结构，主要功能是实现前级光伏板的最大功率点跟踪，稳定工作时要求输出电压大于输入电压。后级直流变换器采用Buck结构，主要功能是对前级串联的功率优化器与后级电池之间进行功率平衡，稳定工作时要求输出电压低于输入电压。

[0029] 中间直流母线电压由后级直流变换器控制，有：

[0030]

[0031] 其中Vouti为各功率优化器输出电压，Vbus为中间直流母线电压。

[0032] 由于各功率优化器之间相互串联，故其输出电流相同，输出电压之间分配关系满足：

[0033]

[0034] 其中Pi为各功率优化器的输出功率，Ptot为所有功率优化器的总功率。

[0035] 当整个电池系统进入浮动充电状态时，直流变换器根据电池系统的电压控制直流母线电压。所谓浮动充电即当电池电压接近或达到电压上限时，停止对电池进行充电；当电池电压下降时持续对电池进行充电，使电池一直处于可工作状态。

[0036] 直流变换器检测电池系统电压Vbat，如果Vbat＞VH1，即电池系统电压高于允许最高工作电压，则后级直流变换器将其输入侧母线电压控制在VH2；

[0037] 当中间直流母线电压被控制在VH2时，由于VH2＞N×VH，各前级功率优化器的输出电压将渐次高于优化器关断电压VH，相应的优化器渐次开始停止最大功率点跟踪，使得前级功率优化器系统输出功率下降，最终将至0，前级不再向后级传输能量，电池电压不再继续上升，满足浮动充电特性要求；

[0038] 检测电池系统电压Vbat，如果Vbat＜VL1，则后级直流变换器将其输入侧母线电压控制在VL2；否则后级直流变换器工作状态保持不变。其中VH1、VL1分别是电池浮动充电过程中滞环电压的上、下限。

[0039] 当中间直流母线电压被控制在Vt2时，由于VL2＜N×VL，各前级功率优化器的输出电压将渐次低于优化器开启电压VL，相应的各个优化器渐次开始最大功率点跟踪，前级光伏板持续向后级传输能量，电池电压开始上升，满足浮动充电特性要求。

[0040] 下面结合图3举例说明无通讯电池浮动充电控制策略。

[0041] 在t0-t1时间段内，三台串联功率优化器按照功率均分母线电压，以最大功率向后级输出能量；

[0042] 在t1时刻，电池系统电压上升至VH1后级Buck变换器将母线电压控制到VH2，由于VH2＞N×VH，故必然有某一台功率优化器输出电压大于VH，当优化器输出电压大于VH时，功率优化器停止最大功率点跟踪，直至功率优化器输入电压达到光伏板开路电压。同时，随着功率优化器输入电压从最大功率点电压向开路电压增加其输出功率随之减小。此外，其他功率优化器电压也会逐渐经历这个过程，最终所有三台功率优化器都将处于开路状态，整体不向后输出功率，满足电池系统的浮动充电要求。

[0043] 在t1-t2时间段内，电池系统电压下降至VL1后级Buck变换器将母线电压控制到VL2，由于VL2＜N×VL，故必然有某一台功率优化器输出电压小于VL，当功率优化器输出电压小于VL时，功率优化器将开始进行最大功率点跟踪，直至功率优化器输入电压达到最大功率点电压。同时，随着功率优化器输入电压从开路电压向最大功率点电压减小其输出功率之增大。此外，其他功率优化器电压也会逐渐经历这个过程，最终所有三台功率优化器都将处于最大功率点运行状态，整体持续向后输出功率，满足电池系统的浮动充电要求。在t2-t3、t3-t4时间段内，系统运行情况如上所述。

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