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介绍了一种基于直流母线的串联型光伏效率优化器并网发电系统,该系统能够在局部阴影或热斑的情况下,提高系统输出功率。每台效率优化器有升压、降压、直通三种模式,对接入的光伏板使用扰动观察法进行最大功率点追踪。逆变器使用双环控制,电压外环稳定直流母线电压,电流内环控制并网输出电流。该系统有完善的通讯和保护机制可以使系统各模块间协同工作,出现故障时及时停止工作。仿真和实验结果证明了该系统能够可靠稳定的工作。
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第
2
期
电
源学
报
2014
年
3
月
Joumal
of
Power
Supply
DOI:
1O
.13234/j.issn.2095-2850.2014.2.1
中图分类号
:TM615
文献标志码
:A
基于效率优化器串联的光伏并网逆变器
仿真与实验
蒋晨,陈旺,张哲,陈敏,钱照明
(浙江大学电气工程学院,杭州
310027)
No.2
Ma
r.
2014
摘要:介绍了一种基于直流母线的串联型光伏效率优化器并网友电系统,该系统能够在局部阴影或热斑的情况
下,提高系统输出功率。每台效率优化器有升压、降压、直通三种模式,对接入的光伏板使用扰动观察法进行最大功
率点追踪。
i
呈交器使用双环控制,电压外环稳定直流母线电压,电流内环控制并网输出电流。该系统有完善的通讯和
保护机制可以使系统各模决问协同工作,出现故障时及时停止工作。仿真和实验结果证明了该系统能够可靠稳定的
工作。
关键词:光伏;串联;并网;效率优化器
SimuIation
and
experiment
of
grid-tied
inverter based
on
series-
connected optimizer system
]IANG
Chen
,
CHEN
Wang
,
ZHANG
Zhe
,
CHEN
Min
,
QIAN
Zhao-rning
(School of Electric Engineering, Zhejiang University, Hangzhou Zhejiang 310027, China)
Abstract:
Trns paper introduces a series
-connected
optimizer system for photovoltaic applications which based
on
DC-Bus.Trns
system
will
improve
e
伍
ciency
of
the
PV
p
四
els
in the situation
of
partial shade
or
hot
spot.Each optimizer
has three modes which are
step-up
、
step-down
and
pass
through ,each optimizer tracks the max
power
point
of
the
PV
panels connected to it.Inverter
is
controlled with double loop,the voltage loop stabilizes the voltage
ofDC-Bus
,the current
loop regulates the output curren
t.
Trns system has reliable communication and protection.Simulation and experiment
has
testifìed reliability
of
the system.
Key
words:
Photovoltaic;
grid
一
tied;
series-connected; optimizer
引言
目前,最常见的集中式光伏并网系统的结构如
图
l(a)
所示,将光伏板串联后组成光伏阵列,通过集
中式逆变器并网运行。但是,这种结构无法解决局
部阴影或者热斑造成的输出功率下降问题[1]。要解
决这一问题,必须对每一块光伏板单独进行最大功
收稿日期
:2013-12-05
基金项目:国家自然科学基金资助项目
(51107116)
Project
Supported
by
National
Natural
Science Foundation
of
China
(51107116)
率点跟踪
(MP
凹丁以确保整个系统输出功率最大。有
多种方案可以实现这一目的,如微型逆变器结构,
但是微型逆变器的成本较高且效率较低,因此许多
专家学者开始研究图
l(b)
这种结构,即每块光伏板
接一台
DC-DC
效率优化器,效率优化器的输出端
串联后接入直流母线并通过集中式逆变器并网运
行
l
坷。
这种结构的优点是,每台效率优化器保证相应
的光伏板具有独立的
MPP
使得局部阴影和热斑不
影响整个系统的输出功率并且合理选择串联数量
2
电
源
和母线电压可以使每一台效率优化器的电压转换
比接近
1
,使效率较高。
本文介绍了一种并网效率优化器串联系统,该
系统可以有效解决能量不匹配的问题,提高系统总
功率,并采用完善的协同控制和保护策略,使系统
可以可靠工作。本文第一节介绍了系统的拓扑结构
和工作模式,第二节介绍了系统的工作原理和控制
方法,第三节是仿真和实验结果,第四节是全文总
结。
DC/AC
Inverter
(a)
传统串联型光伏并网系统
DC/AC
Inverter
(b)
基于直流母线的串联型光伏效率优化器并网系统
图
1
两种不同的光伏并网系统结构
1
系统拓扑和工作模式
本系统由若干台效率优化器串联后接一台集
中式逆变器构成。效率优化器负责对接入的光伏板
进行最大功率点跟踪,逆变器负责稳定母线电压并
向电网注入正弦电流。
1.
1
效率优化器
传统串联型光伏阵列并网系统的最大问题是,
学 报
总第
52
期
当遇到局部阴影或热斑时光伏阵列中的各块光伏
板的最大输出功率会发生变化,而由于串联结构,
每一块光伏板的输出电流是相等的,从而导致各光
伏板并未工作在最大功率点造成系统的失配。据
此效率优化器的设计思路就是对各自接人的光伏
板进行
MPPT
,使任何情况下每块光伏板均能工作
在最大功率点,因而效率优化器的输出电压是无法
控制的,它由母线电压、系统串联的数量和各光伏
板的光照情况所决定的。为了实现这一功能,效率
优化器必须能工作在升压或者降压模式。因此有人
使用
buck-boost
电路来实现这一功能,该拓扑的优
点是占空比连续且效率较高但是该拓扑使输人输
出电压反向,增加了器件所需的耐压,成本较高。
zeta
和
seplc
电路虽然可以升降压,但是它们的效率
较低,成本也较高。因此我们选择了如图
2(a)
所示的
结构,该拓扑由
6
个开关管所构成,能工作在升压、
降压、直通三种模式,每台效率优化器对各自接入
的光伏板进行
MP
凹,以保证整个系统的输出功率
最大。而在输入输出电压相近的情况下,令其工作
在直通模式则能显著提高效率。
Qs
与也只有常通
与常关两种状态,因此可以选择导通电阻小的开关
管来作为
Qs
与
Q6
而不需要考虑其寄生电容等参数
对开关损耗的影响,因此比通过
Q1Q4
常通来实现直
通效率更高。具体工作条件及开关状态见表
1
。系统
采用数字控制,控制流程图见图
3
所示。数字控制
芯片采样光伏板电压与电流并始终对其进行
MPPT
控制,使光伏板始终工作在最大功率点电压,而此
时效率优化器的输出电压会随着串联的各块光伏
板的工作情况而发生变化,同时数宇控制芯片也在
采样输出电压
V
o
皿叫
t
效率优化器应该进人的工作模式,从而给
Ql-Q6
相
应的驱动信号,在进入直通模式时,系统记录下此
刻的光伏板电压
VP
V>
记为
V
o
,
由于一直工作在
MPPT
模式,因此
V
。可以近似作为进入直通模式时
的
MPP
电压,而在直通模式下,每隔一定时间采样
一次光伏板电压
V
川记为
V
J,比较
V
1
与凡的大小,
若
V
1
较
V
o
产生比较大的变化,说明光伏板已经偏
离
MPP
,则根据
V
1
与
V
o
的大小变化来决定进入
Buck
模式或者
Boost
模式重新开始
MPPT
。
效率优化器的主要功能就是对每块光伏板进
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