本發(fā)明涉及空間飛行器用電源控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)用分布式能源系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能無(wú)人飛機(jī)巡航時(shí)間長(zhǎng)，飛行高度高，覆蓋區(qū)域廣，可執(zhí)行多種任務(wù)，具有常規(guī)飛機(jī)不可替代的優(yōu)勢(shì)。太陽(yáng)能無(wú)人飛機(jī)能源系統(tǒng)是利用光伏轉(zhuǎn)換方式將太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換為電能，為無(wú)人機(jī)提供長(zhǎng)期的動(dòng)力能源。一天之內(nèi)太陽(yáng)電池陣的發(fā)電量很不均衡，一種合適的電源控制方式是非常必要的。無(wú)人機(jī)在起飛、巡航、降落階段，太陽(yáng)入射角、溫度都有較大的變化，容易造成太陽(yáng)電池陣工作點(diǎn)漂移，另外在蓄電池充電階段其電壓較低，會(huì)對(duì)太陽(yáng)電池陣造成鉗位，為了更好的利用太陽(yáng)電池陣發(fā)出的能量，需采用一種合適的方式來(lái)對(duì)能源系統(tǒng)進(jìn)行管理。
目前，通過(guò)檢索出的現(xiàn)有技術(shù)為太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)能源管理系統(tǒng)的簡(jiǎn)單搭建，僅實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池和鋰電池的簡(jiǎn)單調(diào)度，并未考慮在實(shí)際飛行過(guò)程中飛行軌跡、機(jī)翼翼型曲度、工作溫度和翼展長(zhǎng)短等因素對(duì)能源系統(tǒng)功率利用率的影響，系統(tǒng)能源利用率較低。專利申請(qǐng)的技術(shù)方案是在充分考慮實(shí)際飛行過(guò)程中飛行軌跡、機(jī)翼翼型曲度、工作溫度和翼展長(zhǎng)短等影響因素的前提下，應(yīng)用最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)(MPPT)構(gòu)造分布式能源系統(tǒng)，結(jié)合儲(chǔ)能電池將太陽(yáng)電池分區(qū)域管理，實(shí)現(xiàn)單位區(qū)域內(nèi)能量平衡。主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)是通過(guò)能源系統(tǒng)的分布式布局實(shí)現(xiàn)能源利用率的大幅提高，因此本發(fā)明具有一定的開(kāi)拓意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)用分布式能源系統(tǒng)，該太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)用分布式能源系統(tǒng)通過(guò)最大功率追蹤(maximum power point tracking，MPPT)技術(shù)，利用電力電子裝置對(duì)光伏組件的端電壓及輸出電流進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，可以使其運(yùn)行在最大功率點(diǎn)(maximum power point，MPP)上，從而可提高光伏組件的轉(zhuǎn)換效率。
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是：
一種太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)用分布式能源系統(tǒng)，至少包括：
多個(gè)光伏組件；
與每個(gè)光伏組件電連接的功率優(yōu)化器；
一條80V～120V的高壓母線和一條27V～29V的低壓母線；其中：
每個(gè)功率優(yōu)化器包括一個(gè)MPPT控制器和一個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器；每個(gè)光伏組件的輸出端子與一個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸入端子電連接；光伏組件和DC-DC轉(zhuǎn)換器組件之間的輸電導(dǎo)線與MPPT控制器連接；多個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器依次串聯(lián)后與80V～120V的高壓母線連接，多個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器依次串聯(lián)后與鋰離子電池組連接；多個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器依次串聯(lián)后通過(guò)一個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器與低壓母線連接。
進(jìn)一步：上述光伏組件有S個(gè)，S個(gè)光伏組件分為N組，每組有M個(gè)；每組的M個(gè)光伏組件分別與一個(gè)功率優(yōu)化器連接后依次串聯(lián)，N組串聯(lián)后的彼此并聯(lián)于高壓母線上；其中：S、M、N均為大于2的自然數(shù)。
本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：
通過(guò)采用上述技術(shù)方案：本發(fā)明為每一個(gè)光伏組件都配備一個(gè)功率優(yōu)化器，以改變其輸出特性，使其始終工作在最大功率點(diǎn)上，再將這種復(fù)合的單元進(jìn)行串、并聯(lián)連接，就可以組成一個(gè)高效率的光伏發(fā)電陣列，徹底解決集中式和組串式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)存在的問(wèn)題。
每個(gè)復(fù)合單元由一個(gè)光伏組件、一個(gè)包含DC-DC轉(zhuǎn)換器及MPPT控制器的功率優(yōu)化器構(gòu)成。由于每個(gè)組件都采用了MPPT技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了輸出功率的優(yōu)化，因而光伏陣列中的每個(gè)組件都能充分利用太陽(yáng)能資源，發(fā)揮出最大的作用，從而達(dá)到系統(tǒng)性能的整體優(yōu)化。
附圖說(shuō)明
圖1是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的電路框圖。
具體實(shí)施方式
為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如下：
請(qǐng)參閱圖1，一種太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)用分布式能源系統(tǒng)，包括：
多個(gè)光伏組件；
與每個(gè)光伏組件電連接的功率優(yōu)化器；
一條80V～120V的高壓母線和一條27V～29V的低壓母線；其中：
每個(gè)功率優(yōu)化器包括一個(gè)MPPT控制器和一個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器；每個(gè)光伏組件的輸出端子與一個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸入端子電連接；光伏組件和DC-DC轉(zhuǎn)換器組件之間的輸電導(dǎo)線與MPPT控制器連接；多個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器依次串聯(lián)后與80V～120V的高壓母線連接，多個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器依次串聯(lián)后與鋰離子電池組連接；多個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器依次串聯(lián)后通過(guò)一個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器與低壓母線連接。
進(jìn)一步：上述光伏組件有S個(gè)，S個(gè)光伏組件分為N組，每組有M個(gè)；每組的M個(gè)光伏組件分別與一個(gè)功率優(yōu)化器連接后依次串聯(lián)，N組串聯(lián)后的彼此并聯(lián)于高壓母線上；其中：S、M、N均為大于2的自然數(shù)。
如圖1所示，本優(yōu)選實(shí)施例建立一條母線電壓80V～120V的能源系統(tǒng)，機(jī)載負(fù)荷設(shè)備通過(guò)推進(jìn)母線二次變換獲得一條27V～29V的設(shè)備供電母線。能源系統(tǒng)主要由薄晶硅太陽(yáng)電池陣發(fā)電單元、鋰離子電池組和能源管理器系統(tǒng)組成，能源管理器包含由若干個(gè)MPPT控制器和DC-DC轉(zhuǎn)換器組成的功率優(yōu)化器形成母線電壓80V～120V為推進(jìn)系統(tǒng)供電，通過(guò)DC-DC轉(zhuǎn)換器二次變換獲得一條27V～29V的設(shè)備供電母線。
在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏組件的功率除了與組件本身的特性有關(guān)外，還受外界環(huán)境如輻照度、負(fù)載和溫度等因素的影響。同時(shí)，負(fù)載的特性也對(duì)其輸出功率也會(huì)產(chǎn)生直接的影響。在一定的外界環(huán)境條件下，通過(guò)最大功率追蹤(maximum power point tracking，MPPT)技術(shù)，利用電力電子裝置對(duì)光伏組件的端電壓及輸出電流進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，可以使其運(yùn)行在最大功率點(diǎn)(maximum power point，MPP)上，從而可提高光伏組件的轉(zhuǎn)換效率。
在多個(gè)光伏組件通過(guò)串并聯(lián)組合構(gòu)成的光伏陣列中，許多因素會(huì)造成各個(gè)光伏組件輸出特性不一致的現(xiàn)象，這些因素包括：①組件出廠參數(shù)的不一致性，組件運(yùn)用過(guò)程中的老化狀況不一致性；②由于塵土、贓物或云朵等障礙物的遮擋，造成組件所受陽(yáng)光輻射產(chǎn)生差異；③由于安裝環(huán)境及安裝角度的差異，使得不同組件所受的輻射量、熱梯度、反照率等存在差異。光伏組件特性不一致將對(duì)陣列的整體性能產(chǎn)生不利的影響。例如，在多個(gè)組件構(gòu)成的串聯(lián)回路中，總的輸出電流由發(fā)電能力最差的組件限制，使得組串中其它組件的功率無(wú)法全部輸出。
為了解決組件輸出特性差異對(duì)整個(gè)光伏發(fā)系統(tǒng)造成的不利影響，提高系統(tǒng)的整體效率，最有效的手段就是采用分布式控制方式，通過(guò)對(duì)盡可能小的組件集合分別進(jìn)行MPPT控制。其中，分布式MPPT系統(tǒng)主要包括兩種拓?fù)湫问?，即組串式MPPT結(jié)構(gòu)以及組件式MPPT結(jié)構(gòu)。
組串式MPPT結(jié)構(gòu)即組件串聯(lián)后接逆變器，MPPT是由單臺(tái)逆變器對(duì)組串的統(tǒng)一控制實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用條件為光伏組串輸出電壓在150-450V或者更高，功率等級(jí)可達(dá)幾個(gè)kW左右。與多個(gè)組件串聯(lián)支路直接并聯(lián)后共用一個(gè)大型變流器的集中式MPPT結(jié)構(gòu)相比，組串式結(jié)構(gòu)主要有三個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即：①無(wú)需設(shè)置阻塞二極管，可降低陣列的損耗；②每個(gè)組串都有逆變器，可實(shí)現(xiàn)組串的MPPT，系統(tǒng)的擴(kuò)展能力及冗余能力都較強(qiáng)；③不需要直流母線。
盡管組串式結(jié)構(gòu)有很多優(yōu)點(diǎn)，整個(gè)系統(tǒng)的性能也得到了提升，但只是將光伏組件的集合范圍縮小到一個(gè)串聯(lián)支路，支路內(nèi)部各個(gè)組件的特性差異問(wèn)題依然無(wú)法從根本上解決，由此造成的熱斑現(xiàn)象、陰影造成的功率損失、功率多峰特性等問(wèn)題仍無(wú)法解決。
以上對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，不能被認(rèn)為用于限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。凡依本發(fā)明申請(qǐng)范圍所作的均等變化與改進(jìn)等，均應(yīng)仍歸屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍之內(nèi)。