本實用新型涉及光伏系統(tǒng)小功率逆變器設(shè)備以及自動追蹤裝置的結(jié)構(gòu)改進技術(shù)，尤其是延長最大功率追蹤運行時間的光伏系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，光伏系統(tǒng)的發(fā)電量直接影響光伏發(fā)電系統(tǒng)的大規(guī)模應用。

在光伏逆變器技術(shù)方面提高發(fā)電量的措施主要包括兩個方面，一是提高轉(zhuǎn)換效率，盡量減少自身損耗；二是延長運行時間，盡量延長光伏面板能夠產(chǎn)生電能的工作時間。

常見的小功率光伏逆變器分為兩級架構(gòu)，包括DC-DC、DC-AC兩級主要結(jié)構(gòu)。正常運行過程中前級DC-DC結(jié)構(gòu)完成最大功率點追蹤即MPPT技術(shù)，實現(xiàn)在外界不斷變化的條件下自我調(diào)節(jié)，使光伏面板陣列能在各種不同的日照和溫度環(huán)境下，由前級DC-DC結(jié)構(gòu)自動輸出最大功率；后級實現(xiàn)穩(wěn)定直流母線，并由后級DC-AC結(jié)構(gòu)將直流轉(zhuǎn)換為交流饋入電網(wǎng)或向負載提供交流電源的作用。在啟動過程中，由于后級DC-AC結(jié)構(gòu)尚未與電網(wǎng)連接，直流母線的能量只能夠來自于光伏面板，所以直流母線的穩(wěn)定需要由前級DC-DC實現(xiàn)。

事實上，光伏逆變器的啟動過程分為三步：母線升壓、自檢、并網(wǎng)。其中，母線升壓需要由光伏面板提供能量到光伏逆變器直流母線中，當直流母線達到一定值后光伏逆變器會進入自檢階段，檢測完畢后，在確保直流母線電壓高于市電所需電壓的前提條件下，光伏逆變器才會進入并網(wǎng)狀態(tài)。

常見的啟動方法是前級DC-DC結(jié)構(gòu)開環(huán)啟動，脈寬調(diào)制PWM占空比依照一定速度逐步線性變化，從而實現(xiàn)直流母線逐步升壓的目的，當直流母線電壓升到要求電壓后，PWM占空比停止線性變化，使直流母線維持不變，保證逆變器的后續(xù)動作可以依序完成。

光伏組件功率輸出特性具有非線性特征,輸出電流隨著輸出電壓的增大，先是緩慢下降，當達到Umppt點之后會急劇下降。而且，此輸出特性會隨著溫度、光照條件的變化而變化。當逆變器啟動時，光伏組件電流會增大，相應的輸出電壓會減小，再加之溫度和光照條件的變化，極易造成逆變器啟動失敗，重復開關(guān)機。造成光伏組件可發(fā)電量的流失，雖然功率較小，但隨著太陽能發(fā)電的規(guī)模不斷擴大，此處的經(jīng)濟效益損失會越來越大。

常用的光伏逆變器啟動方法為開環(huán)法，是一種將PWM占空比依照一定速度逐步線性變化，從而實現(xiàn)直流母線逐步升壓目的方法。當直流母線電壓升到要求電壓后，PWM占空比停止線性變化，使直流母線維持不變。在整個母線升壓過程中對光伏面板的發(fā)電需求會隨著占空比的變化而上升，此方法無法響應由于光照條件變化造成的功率不穩(wěn)定情況，極易出現(xiàn)反復的啟動失敗情況，在此過程中也浪費了光伏組件的發(fā)電量。

如附圖1所示，當清晨太陽剛剛升起時，光照較弱，MPPT曲線平緩而不穩(wěn)定，當PV開路電壓達到光伏逆變器啟動電壓A時，光伏逆變器會自動進入啟動步驟，隨著前級DC-DC結(jié)構(gòu)PWM開始工作，電流會隨著PWM占空比的變化而逐漸增大，光伏組件的工作點會從A走到B點。但是若此時光照變?nèi)?，MPP曲線發(fā)生變化，工作點由B點走到C點，小于前級DC-DC結(jié)構(gòu)電路的最小工作電壓D。此時前級DC-DC結(jié)構(gòu)電路會由于輸入電壓過低而停止工作。并且，啟動過程中光伏逆變器尚未與市電連接，光伏逆變器所需功率只能由直流端光伏組件提供，這樣就造成啟動失敗，光伏逆變器無法進入正常發(fā)電狀態(tài)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供延長最大功率追蹤運行時間的光伏系統(tǒng)，克服由于光照變?nèi)跏沟霉ぷ鼽c變化及至小于前級DC-DC結(jié)構(gòu)電路的最小工作電壓而造成逆變器停止工作的缺陷。

本實用新型的目的將通過以下技術(shù)措施來實現(xiàn)：包括光伏面板、前級DC-DC結(jié)構(gòu)、軟啟調(diào)理電路模塊、直流母線、前電壓調(diào)理模塊、控制器、后電壓調(diào)理模塊、面板采樣模塊、母線采樣模塊和后級DC-AC結(jié)構(gòu)；光伏面板連接前級DC-DC結(jié)構(gòu)，前級DC-DC結(jié)構(gòu)連接直流母線，直流母線連接后級DC-AC結(jié)構(gòu)；在光伏面板和直流母線之間連接控制電路模塊，控制電路模塊中包括軟啟調(diào)理電路模塊、直流母線、前電壓調(diào)理模塊、控制器、后電壓調(diào)理模塊、面板采樣模塊和母線采樣模塊；控制器通過軟啟調(diào)理電路模塊連接前級DC-DC結(jié)構(gòu)，同時，控制器通過前電壓調(diào)理模塊和后電壓調(diào)理模塊分別連接在前級DC-DC結(jié)構(gòu)前后側(cè)，而且，控制器通過面板采樣模塊連接光伏面板，控制器通過母線采樣模塊連接直流母線。

尤其是，前級DC-DC結(jié)構(gòu)電路中開關(guān)管PWM占空比與直流母線電容C_BUS、當前光伏面板組件輸出電流I_PV、當前光伏面板組件電壓U_PV和啟動時間t有關(guān)；當設(shè)定I_PV為啟動電流參考值I_ref之后，占空比僅與當前光伏面板組件電壓U_PV呈反向關(guān)系，與啟動時間t呈正向關(guān)系；若光照條件穩(wěn)定，隨著啟動時間t的逐漸增加，Duty值會逐漸增大，直到U_BUS達到目標電壓U_ref；若出現(xiàn)光照條件變差，U_PV會由于曲線的變化而降低，由于的關(guān)系U'_PV會隨之降低，則下一拍Duty會根據(jù)公式做出調(diào)整，進而保證U_BUS電壓上升過程的平穩(wěn)性。

本實用新型的優(yōu)點和效果：可以最大限度的減小在啟動過程中對光伏組件電流的苛求，克服由于光照變?nèi)跏沟霉ぷ鼽c變化及至小于前級DC-DC結(jié)構(gòu)電路的最小工作電壓而造成逆變器停止工作的缺陷，最大限度的提高逆變器啟動的成功率，使光伏逆變器盡早進入發(fā)電狀態(tài)，提高光伏系統(tǒng)的發(fā)電量。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中光照變?nèi)鯐r工作點甚至低于最小工作電壓關(guān)系曲線示意圖。

圖2為本實用新型實施例1結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本實用新型實施例1中光照變?nèi)鯐r工作點仍高于最小工作電壓示意圖。

附圖標記包括：

光伏面板1、前級DC-DC結(jié)構(gòu)2、軟啟調(diào)理電路模塊3、直流母線4、前電壓調(diào)理模塊5、控制器6、后電壓調(diào)理模塊7、面板采樣模塊8、母線采樣模塊9、后級DC-AC結(jié)構(gòu)10。

具體實施方式

本實用新型原理在于，通過對傳統(tǒng)啟動過程的分析，可以發(fā)現(xiàn)啟動過程中對光伏組件所需電流越小，則啟動過程受到外界的影響越小，所以改進光伏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)所體現(xiàn)的啟動算法的設(shè)定目標為盡量降低啟動過程時需要的光伏組件提供電流，并且能夠根據(jù)光伏組件電壓及母線電壓做出實時調(diào)整。

本實用新型包括：光伏面板1、前級DC-DC結(jié)構(gòu)2、軟啟調(diào)理電路模塊3、直流母線4、前電壓調(diào)理模塊5、控制器6、后電壓調(diào)理模塊7、面板采樣模塊8、母線采樣模塊9和后級DC-AC結(jié)構(gòu)10。

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。

實施例1：如附圖2所示，光伏面板1連接前級DC-DC結(jié)構(gòu)2，前級DC-DC結(jié)構(gòu)2連接直流母線4，直流母線4連接后級DC-AC結(jié)構(gòu)10；在光伏面板1和直流母線4之間連接控制電路模塊，控制電路模塊中包括軟啟調(diào)理電路模塊3、直流母線4、前電壓調(diào)理模塊5、控制器6、后電壓調(diào)理模塊7、面板采樣模塊8和母線采樣模塊9；控制器6通過軟啟調(diào)理電路模塊3連接前級DC-DC結(jié)構(gòu)2，同時，控制器6通過前電壓調(diào)理模塊5和后電壓調(diào)理模塊7分別連接在前級DC-DC結(jié)構(gòu)2前后側(cè)，而且，控制器6通過面板采樣模塊8連接光伏面板1，控制器6通過母線采樣模塊9連接直流母線4。

本實施例中，后級DC-AC結(jié)構(gòu)10連接入電網(wǎng)。

本實施例中，軟啟調(diào)理電路模塊3的原理如下：

設(shè)定直流母線4的當前電壓為U_BUS,直流母線4的上升目標電壓為U_ref，光伏面板1組件的當前電壓為U_PV。則根據(jù)前級DC-DC結(jié)構(gòu)2的特性可以得到開關(guān)管PWM占空比與直流母線4電壓和光伏面板1組件電壓之間的關(guān)系為：

在啟動過程中，直流母線4電容中的能量全部來自于光伏面板1組件，根據(jù)能量守恒定律可以得到以下公式：

Q_BUS＝Pt，t為啟動過程已用時間。

其中Pt＝U_PVI_PVt，則：C_BUS為直流母線4電容值。

推導出：

則可得到：

由以上公式可以看出，前級DC-DC結(jié)構(gòu)2電路中開關(guān)管PWM占空比與直流母線4電容C_BUS、當前光伏面板1組件輸出電流I_PV、當前光伏面板1組件電壓U_PV和啟動時間t有關(guān)。當設(shè)定I_PV為啟動電流參考值I_ref之后，占空比僅與當前光伏面板1組件電壓U_PV呈反向關(guān)系，與啟動時間t呈正向關(guān)系。若光照條件穩(wěn)定，隨著啟動時間t的逐漸增加，Duty值會逐漸增大，直到U_BUS達到目標電壓U_ref；若出現(xiàn)光照條件變差，U_PV會由于曲線的變化而降低，由于的關(guān)系U'_PV會隨之降低，則下一拍Duty會根據(jù)公式做出調(diào)整，進而保證U_BUS電壓上升過程的平穩(wěn)性。

由以上分析可以知道，Iref的設(shè)定越小，啟動過程受到光照變化的影響越小。從而使光伏逆變器盡早進入發(fā)電狀態(tài)，提高光伏系統(tǒng)的發(fā)電量。

本實用新型的重點在于控制軟啟調(diào)理電路模塊3，它的加入可以最大限度的減小在啟動過程中對光伏面板1組件電流的需求，只要工作點到達B’點即可維持直流母線4的正常上升，即使光照條件變?nèi)酰沟霉ぷ鼽c變化到C’點，但是C’點電壓高于D，所以不會因為工作電壓小于前級DC-DC結(jié)構(gòu)2電路的最小工作電壓而造成逆變器停止工作，最大限度的提高了逆變器啟動的成功率，可以使光伏逆變器盡早進入發(fā)電狀態(tài)。

本實用新型在工作時，通過采樣電路獲取當前光伏面板1電壓與直流母線4電壓的信息，輸入到控制器6中，依據(jù)當前的光伏面板1組件電壓和目標直流母線4電壓Uref生成PWM1其對應占空比為Duty1，將此目標占空比和光伏面板1組件電壓實時信息輸入到軟啟調(diào)理電路模塊3中，結(jié)合設(shè)定的啟動電流Iref生成新的PWM參數(shù)對應占空比Duty，進而控制前級DC-DC結(jié)構(gòu)2電路中的開關(guān)管動作變化。通過設(shè)定啟動電流Iref的減小，實現(xiàn)在直流母線4電壓穩(wěn)定上升到目標值Uref的過程中，最大化的降低了對輸入電流的需求。