[发明专利]用于高效光伏发电站的分布式DC-DC转换器的切换协调

说明书

关于联邦资助研究&开发的声明

本发明用美国能源部支持、根据合同号DE-EE0000572做出。政府在本发明中具有某些权利。

技术领域

本发明大体上涉及光伏(PV)发电站，并且更具体地涉及用于协调与PV模块关联的分布式dc-dc转换器的切换(switching)来产生高效光伏发电站的系统和方法。

背景技术

光伏电站架构采取从常规中央逆变器系统开始到全分布式系统的若干形式(如在图1-4中示出的)，其的全部可以认为具有多个dc-dc功率转换器。例如，图1图示PV电站架构10，其采用两段中央逆变器12。图2图示PV电站架构20，其采用串组合器分布的dc-dc转换器22。图3图示PV电站架构30，其采用串分布的dc-dc转换器32。图4图示PV电站架构40，其采用模块级分布的dc-dc转换器42。

功率转换器设计成在它的运行功率的范围上具有高效率。维持功率转换器在该功率范围内操作将导致明显的能量节约。PV模块在它们操作时间的大部分不在它们的额定功率；因此与它们关联的dc-dc转换器段总是以部分负载并且在许多情况下以轻负载操作。精心设计的功率转换器对于宽的负载范围具有相对恒定的高效率。然而，因为该功率水平变得更小并且因此这些转换器的轻负载效率急剧下降，转换器损耗构成输入功率的较大比例。

例如上文描述的分布式PV电站架构具有增加电站的能量产出的益处。由于可以控制成同时操作并且共享产生的电力或在需要时接通以及切断的多个dc-dc或dc-ac转换器的可用性，分布式PV电站架构提供例如更多的操作灵活性。尽管分布式PV电站架构提供增加的能量产出以及操作灵活性，它们在PV发电站中仍遭受在部分和/或轻加载时的降低的功率转换效率。

鉴于前述的，存在需要一种操作与PV模块关联的分布式dc-dc转换器来产生更高效的光伏发电站(其减轻由于例如遮蔽、弄脏、不匹配、瞬态事件等引起的损耗影响)的方法。

发明内容

根据一个实施例，串级最大功率点分布式光伏(PV)发电站包括：

一个或多个dc-dc转换器；以及

至少一串PV模块，其中每个dc-dc转换器接收来自至少一个对应的PV模块串的电力，并且另外其中至少一个dc-dc转换器配置成基于来自它对应的PV模块串的每个的可用总系统电力将电力转移到公共dc总线，使得将电力转移到公共dc总线的每个dc-dc转换器持续在它的最佳效率范围内操作来增加PV发电站的能量产出。

根据另一个实施例，操作串级最大功率点分布式光伏(PV)发电站的方法包括：

提供一个或多个dc-dc转换器，每个dc-dc转换器接收来自至少一个对应的PV模块串的电力；以及

将电力从一个或多个dc-dc转换器中的至少一个转移到公共dc总线，使得从贡献电力的每个dc-dc转换器转移到公共dc总线的电力基于来自它对应的PV模块串的每个的可用总系统电力，并且进一步使得转移电力到公共dc总线的每个dc-dc转换器持续在它的最佳效率范围内操作来增加PV发电站的能量产出。

根据再另一个实施例，串级最大功率点分布式光伏(PV)发电站包括多个分布式dc-dc转换器，其配置成互相协调地切换使得至少一个dc-dc转换器基于来自一个或多个对应的PV模块串的可用总系统电力将电力转移到公共dc总线，并且进一步使得转移电力到公共dc总线的每个dc-dc转换器持续在它的最佳效率范围内操作来增加PV发电站的能量产出。

附图说明

当下列详细说明参照附图阅读时，本发明的这些和其他特征、方面和优势将变得更好理解，其中：

图1图示采用两段中央逆变器的PV电站架构；

图2图示采用串组合器分布的dc-dc转换器的PV电站架构；

图3图示采用串分布的dc-dc转换器的PV电站架构；

图4图示采用模块级分布的dc-dc转换器的PV电站架构；

图5图示根据一个实施例的用选择性转换器切换来操作的每串具有单个dc-dc转换器的分布式PV架构；

图6是图示根据一个实施例的每串的中央分布式dc-dc转换器与每串具有协调切换的分布式dc-dc转换器之间的效率对比的曲线图；

图7是图示根据一个实施例的对于多个不同串转换器的全局MPP扫描定序的时序图；

图8图示根据一个实施例的每个组合器箱具有中央控制器的一组选择性切换的串转换器；

图9图示根据一个实施例的交错式降压-升压串转换器拓扑；