[发明专利]具有全局最大功率输出功能的光伏发电装置

说明书

技术领域

本发明涉及光伏发电领域，具体涉及一种具有全局最大功率输出功能的光伏发电装置。

背景技术

随着化石燃料的逐步枯竭，能源问题已成为全球日益关注的重大问题，更是我国大力研究、亟待解决的具有战略意义的前沿科技问题。同时，环境恶化、气候变暖等问题又促使各国大力发展清洁、安全、低碳排放的可再生能源技术，风能、太阳能、潮汐能、地热能、燃料电池、混合动力技术等都在这样的背景下应运而生。在众多可再生能源利用中，太阳能光伏发电系统是装机容量仅次于风力发电系统的第二大发电方式，具有广阔的应用前景。太阳能光伏发电系统的相关研究也一直是学术界的研究热点，来自材料、建筑、电力系统、电子、控制等领域的学者都纷纷投身光伏发电领域的研究，推动着他它的发展和应用。电力电子技术作为横跨电力、电子、控制三大领域的交叉学科，是电能变换和控制的核心支撑技术，在包括太阳能光伏发电系统在内的可再生能源领域起着决定性的作用。目前电力电子技术在太阳能光伏发电领域的主要研究方向包括并网逆变技术、最大功率跟踪、电能质量控制、孤岛检测等，最大功率跟踪的子问题就包括光伏电池的功率调节单元设计。

如图1所示，现有光伏发电装置的光伏电池阵列一般包括多个串联的光伏电池。众所周知，光伏电池的物理特性由半导体材料决定，其基本工作原理是光伏效应，即当一定能量的光线照射光伏电池时，半导体材料吸收能量，发生电子跃迁，其内部能传导电流的载流子分布状态和浓度发生变化，由此产生电动势和电流。图2为光伏电池的等效电路，根据光伏电池物理特性及其等效电路，可以建立光伏电池的数学模型，如下式所示：V_PVcell＝V_D-R_SI_PV；图3是光伏电池模块输出特性曲线。光伏电池的输出特性由材料的物理特性以及光照、温度、湿度等环境因素决定。受光照强度变化而产生的输出特性变化尤为明显；图4是不同光照强度下的光伏电池输出特性曲线，由图3的特性曲线可看出：短路电流随光照强度增加而增加，最大输出功率随光照强度增加而增加。鉴于此，光伏电池最大功率跟踪问题的研究就成为提升能量转换效率的最重要的问题。所谓的最大功率点(Maximum Power Point，MPP)即在一定的太阳辐照度和环境温度下，光伏电池运行在最大输出功率状态，而最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking，MPP)即为充分利用光伏电池，实时调整光伏电池的负载电阻，使得光伏电池运行始终工作在最大功率点附近的过程。实际应用中，光伏电池往往不是单独使用的，而是多块光伏电池模块串、并联后形成光伏阵列，作为整体对外供电。每一个串联支路的支路电流必须是相同的，此时若各光伏电池模块特性不一，串联支路电流将被最小的光伏模块电流限制住，使得光伏阵列整体不能发挥最大作用。对于串联结构的光伏电池而言，局部阴影是一个很现实的问题，即光照被环境中的其他物体遮挡，导致光伏阵列各光伏模块接收的光照强度不同。此时各模块特性产生明显的离散型，特性曲线如图5和图6所示，功率-电压曲线出现多个极值点。当前的软、硬件措施均无法解决局部阴影条件下光伏阵列最大功率输出问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、成本低廉，能够自动补偿局部阴影条件下减少的输出电流、实现光伏电池单体的最大功率输出的具有全局最大功率输出功能的光伏发电装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种具有全局最大功率输出功能的光伏发电装置，包括光伏电池阵列和主变流器，所述光伏电池阵列包括多个串接的光伏电池，所述光伏发电装置还包括功率调节阵列和辅助变流器，所述辅助变流器的输入端与光伏电池阵列的直流母线相连，所述功率调节阵列包括与所述光伏电池一一对应的功率调节单元，所述功率调节单元与对应的光伏电池并联，所述功率调节单元的输入端与辅助变流器的输出端相连。

作为本发明上述技术方案的进一步改进：