[发明专利]一种光伏发电系统的电路结构

说明书

技术领域

本发明属于太阳能发电技术领域，具体涉及一种光伏发电系统的电路结构。

背景技术

随着全球气候变暖，以及自然能源的不断消耗，世界面临着前所未有的能源危机与挑战，因此太阳能等可再生新能源日益受到人们的重视。对于大规模光伏发电系统而言，考虑硬件成本的因素，集中式光伏发电系统占有非常大的优势。但是，由于光伏阵列是直接进行串并联连接，云朵、高大建筑物等引起的部分阴影问题，会导致光伏阵列的整体输出功率下降，同时受阴影影响的光伏电池也会出现热斑问题，因此如何克服部分阴影问题成为人们研究的热点之一。

文献[1]提出了直接由光伏电池板串联组成的支路式结构，文献[2]提出多支路式结构，两者只能解决没有阴影影响支路的最大功率点跟踪问题，而不能解决受阴影影响支路的最大功率点跟踪问题。文献[3]提出了AC Module的电路思想，可以从根本上解决阴影问题，但是由于每个光伏电池板都带有一个独立的功率逆变装置，每个功率逆变装置必须实时工作，因此对于大功率系统而言，不仅成本非常高，而且整体效率也不高。文献[4]提出DC Module电路，每个光伏电池板拥有一个独立的DC/DC变换器，然后多个DC Module电路串联，共用一个逆变装置。该电路也可以解决部分阴影问题，但是每个DC Module电路也是实时工作的，电路自身必然存在功率损失，因此，降低了整个系统的效率，同时DC Module电路若出现故障，则该光伏电池板不能正常工作，可能导致整个系统性能下降。文献[5]在支路式电路结构基础上，提出了旁路DC/DC模块集成变换器结构，只有在出现阴影时对应的旁路DC/DC变换电路才开始工作，这可以解决文献[4]中DC Module电路自身实时工作引起的功率损失，但是由于旁路DC/DC变换电路之间互相影响，因此，最大功率点跟踪速度较慢，控制算法也较复杂，该电路同样存在故障后影响整个系统性能问题。

对于逆变电路装置而言，通常针对光伏阵列的最大功率进行设计。若光伏阵列输出功率很大时，采用单个逆变电路装置实现，则主电路功率元件的额定容量必然很大。但是，光照强度变弱时，光伏阵列本身输出功率不大，这就引起整体效率低下。同时，从安全可靠性的角度考虑，单个逆变电路装置一旦发生故障，整个光伏发电系统必须停止运行，这对重要场合是非常危险的。文献[6]提出了基于逆变功率单元的主从式电路结构，由一个主逆变功率单元根据实际功率大小控制其它从逆变功率单元是否投入工作，这可以解决整体效率与安全可靠性的统一。但是由于主逆变功率单元总是投入工作，因此存在主逆变功率单元寿命比其它从逆变功率单元短的问题。

文献[1]B.Verhoeven et al.，Utility aspects of grid connected photovoltaicpower systems(1998).International energy agency photovoltaic power systems，IEA PVPS T5-01:1998.[online].Available:www.iea-pvps.org.

文献[2]M.Meinhardt and G.Cramer，“Past，present and future of gridconnected photovoltaic-and hybrid-power-systems，”in Proc.IEEE-PES Summermeeting，vol.2，2000，pp.1283-1288.

文献[3]Gross M.A.，Martin S.O.，Pearsall N.M.，“Estimation of outputenhancement of a partially shaded BIPV array by the use of AC modules，”Photovoltaic Specialists Conference，Conference Record of the Twenty-sixthIEEE，pp.1381-1384，29 Sept.-3 Oct.1997.

文献[4]G.R.Walker and P.C.Sernia，“Cascaded DC-DC converterconnection of photovoltaic modules，”IEEE Transactions on Power Electronics，vol.19，no.4，pp.1130-1139，July 2004.