用于光伏能量產(chǎn)生源的微轉(zhuǎn)換器裝置及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明設(shè)及一種用于光伏能量(photovoltaic ene;rgy)產(chǎn)生源的微轉(zhuǎn)換器(micro converter)裝置及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 通常，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是將無公害且無限的太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能的系統(tǒng)， 近來作為新的再生能源受到關(guān)注。
[0003] 運種太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)必須具有光伏模塊(陸OtoVol化ic Module;PV模塊），為 了提高太陽能光伏發(fā)電效率在中央的逆變器進(jìn)行最大功率點跟蹤(Maximum Power化int Tracking; W下稱為"MPPT")。一個逆變器上會接入數(shù)千個光伏模塊，而一個光伏模塊的輸 出電壓及電流小，因此作為逆變器的輸入提供從多個光伏模塊串聯(lián)而成的模塊串（string) 輸出的電壓(上升的輸出電壓)和從并聯(lián)的多個模塊串輸出的電流(上升的輸出電流）。
[0004] W模塊串為單位來看，由于內(nèi)部串聯(lián)有多個光伏模塊，當(dāng)某一模塊的特性降低而 輸出小于周圍其他模塊的電流時，將發(fā)生特性降低的光伏模塊電流值即為模塊串整體電流 值的問題。另外，在多個模塊串并聯(lián)的結(jié)構(gòu)中，模塊串的電壓不一致時也會發(fā)生整體降至最 低電壓的問題。
[0005] 模塊串內(nèi)部的某一模塊的特性降低的理由緣于陰影、灰塵、落葉、模塊間的劣化所 導(dǎo)致的特性變化等。
[0006] 例如，光伏模塊隨著太陽光日照量的改變電流-電壓及功率(power)-電壓特性曲 線會發(fā)生變化，在模塊串內(nèi)部形成局部陰影時，形成陰影的光伏模塊會按照該特性曲線電 流值降低，因此模塊串整體的電流W最低電流值為準(zhǔn)。
[0007] 此外，近來通過安裝W模塊為單位進(jìn)行最大功率點跟蹤的微轉(zhuǎn)換器，在一定程度 上彌補了某一模塊特性降低的問題。
[000引關(guān)于采用微轉(zhuǎn)換器的太陽能光伏發(fā)電裝置的現(xiàn)有技術(shù)掲露于韓國授權(quán)專利第10-1245827號。根據(jù)該在先技術(shù)文獻(xiàn)，為了提高對太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)領(lǐng)域的能效W及降低成 本，各光伏模塊(PV模塊)具備微轉(zhuǎn)換器，在所述微轉(zhuǎn)換器中實時應(yīng)對單位模塊的環(huán)境/狀況 因素并進(jìn)行功率/環(huán)境監(jiān)視。
[0009]圖1是串聯(lián)結(jié)構(gòu)(化scade方式）中光伏模塊上設(shè)置最大功率點跟蹤裝置及直流/直 流轉(zhuǎn)換器的微轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的構(gòu)造圖。
[0010] 在圖1中，附圖標(biāo)記10表示一個光伏模塊，附圖標(biāo)記11表示接線盒(Junction box, J/B)，附圖標(biāo)記12表示與接線盒11一一對應(yīng)的微轉(zhuǎn)換器。
[0011] 微轉(zhuǎn)換器12的作用是調(diào)整光伏模塊的電壓W百分之百接收光伏模塊10的輸出功 率成為MPP(Maximum化wer化int)狀態(tài)，再將功率輸出到模塊串。此時，微轉(zhuǎn)換器12本身會 消耗2~3%左右的能量。因此，當(dāng)日照量高無云且模塊間沒有劣化的情況下，反而比未安裝 微轉(zhuǎn)換器時生產(chǎn)電力降低，運稱為插入損耗(Insertion loss)。
[0012] 另外，如上所述的現(xiàn)有技術(shù)為了防止某一模塊特性降低的問題，需要將微轉(zhuǎn)換器 設(shè)置在每個模塊上，因此存在系統(tǒng)價格上升的問題。例如，1MW級大型太陽能光伏發(fā)電廠使 用4000個左右的250W級光伏模塊，運樣就會造成微轉(zhuǎn)換器對系統(tǒng)成本產(chǎn)生極大影響。

【發(fā)明內(nèi)容】
[001引技術(shù)問題
[0014] 為了解決如上所述的諸多問題，本發(fā)明提供一種使插入損耗最小化且電感上流著 過電流時也能應(yīng)對的用于光伏模塊的微轉(zhuǎn)換器裝置及其控制方法。
[0015] 本發(fā)明的另一個目的在于提供一種可最大限度地減少為提高輸出效率而安裝的 微轉(zhuǎn)換器的設(shè)置數(shù)量W降低太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)置成本的用于光伏模塊的微轉(zhuǎn)換器裝 置及其控制方法。
[0016] 本發(fā)明的又一目的在于提供一種可使微轉(zhuǎn)換器的核屯、功能S0C(system on chip) 化且一個SOC內(nèi)部中重復(fù)配置微轉(zhuǎn)換器專用電路W減少太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)所需的微轉(zhuǎn)換 器盒(micro converter box)的用于光伏模塊的微轉(zhuǎn)換器裝置。
[0017]技術(shù)方案
[0018] 根據(jù)本發(fā)明一個特征的用于光伏能量產(chǎn)生源的微轉(zhuǎn)換器裝置包括:微轉(zhuǎn)換器，所 述微轉(zhuǎn)換器連接在串聯(lián)的多個光伏能量產(chǎn)生源上，用于根據(jù)所述多個光伏能量產(chǎn)生源的生 產(chǎn)電力之差改變電流路徑W補償光伏能量產(chǎn)生源之間的電流偏差；W及模塊串控制器 (string controller)，所述模塊串控制器基于從所述微轉(zhuǎn)換器輸出的光伏能量產(chǎn)生源的 生產(chǎn)電力來控制所述微轉(zhuǎn)換器的占空比(duty cycle)W調(diào)整光伏能量產(chǎn)生源的電壓。
[0019] 所述微轉(zhuǎn)換器可與所述光伏能量產(chǎn)生源并聯(lián)。
[0020] 而且，所述微轉(zhuǎn)換器還可包括接線盒，所述接線盒與對應(yīng)的光伏能量產(chǎn)生源結(jié)合 而起到將對應(yīng)的光伏能量產(chǎn)生源的輸出向其他光伏能量產(chǎn)生源輸出的接口作用。
[0021] 另外，所述微轉(zhuǎn)換器可包括用于補償電流偏差的電感、W及設(shè)于所述電感的一端 上并設(shè)定電流路徑的開關(guān)。
[0022] 此外，所述微轉(zhuǎn)換器還可包括模塊控制器，所述模塊控制器將所述光伏能量產(chǎn)生 源的電壓及電流檢測值傳送到所述模塊串控制器，接收從所述模塊串控制器傳送的占空比 控制數(shù)據(jù)及運行數(shù)據(jù)，并基于所述接收的占空比控制數(shù)據(jù)及所述運行數(shù)據(jù)來控制所述開關(guān) 的占空比或者W截止模式(duty off mode)運行。
[0023] 所述模塊串控制器可包括:通信模塊，所述通信模塊與所述微轉(zhuǎn)換器進(jìn)行通信，W 接收光伏能量產(chǎn)生源的電壓及電流檢測值并傳送到所述微轉(zhuǎn)換器;最大功率點計算單元， 所述最大功率點計算單元W通過所述通信模塊接收的各光伏能量產(chǎn)生源的電壓及電流值 為準(zhǔn)計算出最大功率點；W及占空比控制器，所述占空比控制器根據(jù)所述最大功率點計算 單元計算出的最大功率點向所述微轉(zhuǎn)換器傳送占空比控制信號，用W調(diào)整光伏能量產(chǎn)生源 的電壓(duty controller)。此時，所述占空比控制器通過對比所述各光伏模塊的電壓及電 流值與參考值判斷是否為截止(duty off)及過電流，是截止模式時向所述微轉(zhuǎn)換器傳送截 止數(shù)據(jù)(duty off data)W消除插入損耗。
[0024] 此外，根據(jù)本發(fā)明另一個特征的用于光伏能量產(chǎn)生源的微轉(zhuǎn)換器裝置包括基于跟 蹤到的最大功率點控制占空比W使光伏能量產(chǎn)生源的輸出保持一定的功率控制器，所述功 率控制器包括:數(shù)字處理單元，所述數(shù)字處理單元根據(jù)基于由直接檢測自所述光伏能量產(chǎn) 生源的電壓跟蹤到的最大功率點的第一占空比控制信號或傳送自外部模塊串控制器的第 二占空比控制信號來產(chǎn)生功率控制信號；W及模擬處理單元，所述模擬處理單元向所述數(shù) 字處理單元提供檢測自光伏能量產(chǎn)生源的電壓，并根據(jù)產(chǎn)生自所述數(shù)字處理單元的功率控 制信號來生成用于驅(qū)動外部的開關(guān)的控制信號。
[0025] 此時，所述功率控制器能夠WSOC形式實現(xiàn)。
[0026] 另外，所述微轉(zhuǎn)換器裝置可并聯(lián)排列有至少兩個W上的所述功率控制器。此時，所 述兩個W上的功率控制器電源和接地(ground)各自分離而可W獨立運行。
[0027] 而且，所述數(shù)字處理單元可包括:濾波器(filter),所述濾波器對傳送自所述模擬 處理單元的光伏能量產(chǎn)生源的檢測電壓及電流進(jìn)行濾波而平均化;主接口器，所述主接口 器接收從所述模塊串控制器傳送的所述第二占空比控制信號；最大功率點跟蹤單元，所述 最大功率點跟蹤單元由輸出自所述濾波器的光伏能量產(chǎn)生源的電壓及電流計算出功率，基 于計算出的功率跟蹤最大功率點W產(chǎn)生光伏能量產(chǎn)生源電壓參考值；占空比控制器，所述 占空比控制器輸出所述第一占空比控制信號W使產(chǎn)生自所述最大功率點跟蹤單元的光伏 能量產(chǎn)生源電壓參考值與實際光伏能量產(chǎn)生源電壓相同；多路復(fù)用器(multiplexer)，所述 多路復(fù)用器根據(jù)光伏能量產(chǎn)生源的模式選擇并輸出所述第一占空比控制信號和所述第二 占空比控制信號中的任何一個；W及PWM信號發(fā)生器，所述PWM信號發(fā)生器根據(jù)從所述多路 復(fù)用器輸出的占空比控制信號產(chǎn)生脈寬調(diào)制(PWM)信號。
[0028] 此時，所述微轉(zhuǎn)換器還可包括:多個通信模塊，所述多個通信模塊接收從所述模塊 串控制器傳送的所述第二占空比控制信號并傳送到所述功率控制器；W及多個電流調(diào)整單 元，所述多個電流調(diào)整單元補償電流偏差并設(shè)定電流路徑。
[0029] 另外，所述微轉(zhuǎn)換器還可包括:通信模塊，所述通信模塊接收從所述模塊串控制器 傳送的占空比數(shù)據(jù);主控制器，所述主控制器根據(jù)從所述通信模塊接收的所述占空比數(shù)據(jù) 產(chǎn)生占空比控制信號；多個電平位移器，所述多個電平位移器調(diào)整產(chǎn)生自所述主控制器的 占空比控制信號的電平W輸出到所述功率控制器；W及多個電流調(diào)整單元，所述多個電流 調(diào)整單元按照所述功率控制器的控制補償電流偏差并設(shè)定電流路徑。
[0030] 此外，根據(jù)本發(fā)明又一個特征的用于光伏能量產(chǎn)生源的微轉(zhuǎn)換器裝置的控制方 法，包括W下步驟：
[0031] (a)所述模塊串控制器基于傳送自所述微轉(zhuǎn)換器的光伏能量產(chǎn)生源的電壓跟蹤最 大功率點，根據(jù)跟蹤到的最大功率點生成占空比并傳送到所述微轉(zhuǎn)換器(b)所述模塊串控 制器在所述微轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的電感電流為過電流時，W提升整體電壓來降低所述電感的電流 或者降低輸出功率下降的所述光伏能量產(chǎn)生源的電壓而提高其他光伏能量產(chǎn)生源的電壓 的方向重新計算占空比后，將占空比傳送到所述微轉(zhuǎn)換器；^及山)所述模塊串控制器檢索 所述光伏能量產(chǎn)生源的電壓及電流是截止模式時，向所述微轉(zhuǎn)換器傳送截止數(shù)據(jù)W使所述 微轉(zhuǎn)換器截止。
[0032] 有益效果
[0033] 根據(jù)本發(fā)明實施例，具有可使插入損耗最小化且電感上流著過電流時也能應(yīng)對的 優(yōu)點。
[0034] 根據(jù)本發(fā)明實施例，還具有可最大限度地減少為提高輸出效率而安裝的微轉(zhuǎn)換器 的設(shè)置數(shù)量W降低太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)置成本的優(yōu)點。
[0035] 另外，根據(jù)本發(fā)明實施例，具有可使微轉(zhuǎn)換器的核屯、功能SOC化且一個SOC內(nèi)部中 重復(fù)配置微轉(zhuǎn)換器專用電路W減少太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)所需的微轉(zhuǎn)換器盒的優(yōu)點。
[0036] 此外，具有可最大限度地減少太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)所需的微轉(zhuǎn)換器盒W降低太陽 能光伏發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)建成本的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0037] 圖1是現(xiàn)有微轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的構(gòu)造圖。
[0038] 圖2是本發(fā)明實施例中說明的電池、子模塊及模塊的構(gòu)造圖。
[0039] 圖3是示出電池、子模塊、模塊的I-V特性例的視圖。
[0040] 圖4是本發(fā)明第一實施例的用于光伏模塊的微轉(zhuǎn)換器裝置的構(gòu)造圖。
[0041 ]圖5是圖3所示微轉(zhuǎn)換器裝置的電纜接線圖。
[0042] 圖6是詳細(xì)示出本發(fā)明第一實施例的微轉(zhuǎn)換器的構(gòu)造圖。
[0043] 圖7是示出本發(fā)明第一實施例的模塊串控制器的視圖。
[0044] 圖8至圖10是示出本發(fā)明第一實施例的用于光伏模塊的微裝置變形例的視圖。
[0045] 圖11是示出本發(fā)明第一實施例的用于光伏模塊的微轉(zhuǎn)換器裝置模擬結(jié)果的視圖。
[0046] 圖12是示出本發(fā)明第一實施例的設(shè)于微轉(zhuǎn)換器的模塊控制器中進(jìn)行控制的過程 的視圖。
[0047] 圖13是示出本發(fā)明第一實施例的模塊串控制器中對微轉(zhuǎn)換器進(jìn)行控制的過程的 流程圖。
[0048] 圖14示出電感上流著過電流時光伏模塊電流的模式。
[0049] 圖15是本發(fā)明第二實施例的用于光伏能量產(chǎn)生源的微轉(zhuǎn)換器所具備的功率控制 單元的構(gòu)造圖。
[0050] 圖16是詳細(xì)示出本發(fā)明第二實施例的功率控制單元的數(shù)字處理單元和模擬處理 單元的視圖。
[0051] 圖17是本發(fā)明第二實施例的功率控制單元適用于串聯(lián)結(jié)構(gòu)型微轉(zhuǎn)換器裝置時的 構(gòu)造圖。
[0052] 圖18是本發(fā)明第