本發(fā)明屬于太陽能光伏發(fā)電領(lǐng)域，特別涉及一種基于單傳感器-單電感結(jié)構(gòu)的分布式最大功率跟蹤集成控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

基于分布式最大功率跟蹤(Distributed Maximum Power Point Tracking，DMPPT)的光伏系統(tǒng)能夠解決光伏板間由于陰影遮擋、污點、熱梯度、傾斜等因素造成的失配問題，使得所有光伏板都能工作在各自的最大功率點。

然而，由于樹葉、鳥糞、灰塵等造成的陰影遮擋或者光伏晶元的損壞，光伏板內(nèi)的某些部分不能如預(yù)期工作，導(dǎo)致基于光伏板的DMPPT光伏系統(tǒng)的功率輸出也會大大降低。

因此我們將DMPPT的概念進(jìn)一步延伸到光伏子模塊級別，提出基于光伏子模塊的DMPPT光伏系統(tǒng)。相比基于光伏板的DMPPT光伏系統(tǒng)，基于光伏子模塊的DMPPT系統(tǒng)可以允許所有光伏子模塊在失配條件下工作在各自的最大功率點。由于每個光伏子模塊都需要一組DC-DC變換器、MPPT控制芯片和電壓電流傳感器，基于光伏子模塊的DMPPT光伏系統(tǒng)的成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于基于光伏板的DMPPT光伏系統(tǒng)。為了降低設(shè)備成倍增加帶來的成本，本發(fā)明提出一種基于單傳感器-單電感結(jié)構(gòu)的分布式最大功率跟蹤集成控制方案。相比基于光伏子模塊的DMPPT光伏系統(tǒng)，該集成控制方案所需要的無源器件、MPPT控制芯片和電壓電流傳感器的數(shù)量都大大降低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明基于分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，提出了一種基于單傳感器-單電感結(jié)構(gòu)的分布式最大功率跟蹤集成控制系統(tǒng)及方法，以進(jìn)一步解決常見的小范圍的失配問題和提高光伏優(yōu)化模塊的集成度。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種分布式最大功率跟蹤集成控制系統(tǒng)，多個光伏子模塊，每個光伏子模塊連接一個不帶電感的Buck變換器，多個Buck變換器的輸出端串聯(lián)，串聯(lián)在一起的Buck變換器的輸出端接一組電感電容濾波；集成化光伏板的總輸出電流I_o作為唯一的MPPT控制芯片的輸入信號，MPPT最終輸出三個PWM信號D₁，D₂，D₃分別控制三個開關(guān)。

在任一時刻，所述光伏板的輸出電壓V_o為常數(shù)。

一種分布式最大功率跟蹤集成控制系統(tǒng)的方法，采樣集成化光伏板的總輸出電流I_o，將其作為唯一的MPPT控制芯片的輸入信號，MPPT控制芯片最終輸出三個PWM信號D₁，D₂，D₃分別控制對應(yīng)開關(guān)組的開關(guān)。

該方法包括一快一慢兩個控制環(huán)，在較慢的控制環(huán)中，應(yīng)用擾動觀測法不斷更新集成化光伏板的輸出電壓V_o，在較快的控制環(huán)中，多組Buck變換器以更高的頻率迭代，追蹤各個光伏子模塊在此V_o下的最大功率點。

唯一的MPPT控制芯片在周期性使能信號的控制下，輪流采用擾動光伏子模塊電流的擾動觀測法對各個光伏子模塊做最大功率跟蹤。

采用擾動光伏子模塊電流的擾動觀測法對各個光伏子模塊做最大功率跟蹤的具體方法為：根據(jù)集成化光伏板的總輸出電流I_o和當(dāng)前子模塊i的參考電流I_ref,i的變化決定下一步的電流擾動方向，據(jù)此計算下一時刻的參考電流I_ref,i值；在下一時刻，首先根據(jù)公式D_i＝I_ref,i/I_o計算該子模塊的目標(biāo)占空比，然后由MPPT控制芯片生成具有該目標(biāo)占空比的PWM信號，依據(jù)該PWM信號控制對應(yīng)開關(guān)組的開關(guān)，使其工作在期望的電流參考值。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果：傳統(tǒng)的擾動觀測法是根據(jù)光伏子模塊的功率-電壓曲線，對光伏子模塊的電壓進(jìn)行擾動。而光伏子模塊的功率-電壓曲線和功率-電流曲線具有相似的形狀，故此本發(fā)明采用擾動光伏子模塊電流的擾動觀測法，以減少電壓傳感器的使用。

本發(fā)明保證無論在什么光照條件下，使用最少數(shù)目的無源器件、控制芯片和傳感器，使得所有光伏單元均輸出各自的最大功率。相比于現(xiàn)有的光伏板級別的產(chǎn)品，該集成控制方案僅用一組無源器件、一個電流傳感器和一個控制芯片就能完全彌補(bǔ)光伏板內(nèi)由失配問題造成的功率損失，極大地提高了光伏優(yōu)化器的集成度。

【附圖說明】

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】

本發(fā)明提出的系統(tǒng)包括三個光伏子模塊。每個光伏子模塊連接一個不帶電感的Buck變換器。這樣的三個Buck變換器的輸出端串聯(lián)，總的輸出端接一組電感電容L，C濾波。電容C的電壓由后級的微型逆變器進(jìn)行控制。一個電流傳感器采樣集成化光伏板的總輸出電流I_o，作為唯一的MPPT控制芯片的輸入信號，并最終輸出三個PWM信號D₁，D₂，D₃分別控制三個開關(guān)。

以下針對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和方法做詳細(xì)說明：

(一)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。由于一般的商用光伏板由三個光伏子模塊串聯(lián)組成，本發(fā)明提出的集成方案包括三個光伏子模塊。每個光伏子模塊連接一個不帶電感的Buck變換器。這樣的三個Buck變換器的輸出端串聯(lián)，總的輸出端接一組電感電容L，C濾波。電容C的電壓由后級的微型逆變器進(jìn)行控制。一個電流傳感器采樣集成化光伏板的總輸出電流I_o，作為唯一的MPPT控制芯片的輸入信號，并最終輸出三個PWM信號D₁，D₂，D₃分別控制三個開關(guān)。

(二)信號采集及分時控制策略

在這個基于單傳感器-單電感結(jié)構(gòu)的分布式最大功率跟蹤集成控制方案中存在一快一慢兩個控制環(huán)。在較慢的控制環(huán)中，中央微型逆變器應(yīng)用擾動觀測(Perturb and Observe，P&O)法不斷更新集成化光伏板的輸出電壓V_o。而在較快的控制環(huán)中，三組Buck變換器以更高的頻率迭代，追蹤各個光伏子模塊在此V_o下的最大功率點(Maximum Power Point，MPP)。由于Buck變換器工作在很高的頻率，其時間常數(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于中央逆變器的時間常數(shù)。那么，在任一時刻，光伏板的輸出電壓V_o可以被視為常數(shù)已知。

唯一的MPPT控制單元在周期性使能信號的控制下，輪流對各個光伏子模塊做最大功率跟蹤。傳統(tǒng)的擾動觀測法是根據(jù)光伏子模塊的功率-電壓曲線，對光伏子模塊的電壓進(jìn)行擾動。因為光伏子模塊的功率-電壓曲線和功率-電流曲線具有相似的形狀，故此發(fā)明采用擾動光伏子模塊電流的擾動觀測法，以減少電壓傳感器的使用。由上述可知，光伏板的輸出電壓V_o可以被視為常數(shù)，所以總輸出電流I_o的變化即代表著總輸出功率P_o的變化，而總輸出功率的變化在任一時間，即等于正在進(jìn)行MPPT的光伏子模塊i的功率變化。根據(jù)I_o和當(dāng)前子模塊i的I_ref,i的變化應(yīng)用擾動觀測法，決定下一步的電流擾動方向，從而計算出下一時刻的I_ref,i值。下一時刻的目標(biāo)占空比可由D_i＝I_ref,i/I_o計算得到，并由MPPT單元生成具有此占空比的PWM信號控制相應(yīng)的開關(guān)，以使相應(yīng)的光伏子模塊能工作在期望的電流參考值。