[发明专利]一种提高光伏逆变器利用效率的直流拓扑结构及控制方法

权利要求书

1.一种提高光伏逆变器利用效率的直流拓扑结构，其特征在于：包括光伏阵列、逆变器和切换装置；所述光伏阵列与逆变器之间通过切换装置连接；所述切换装置是由开关装置、控制器以及信号采集处理器组成，其中信号采集处理器采集每串电池板输出电压、电流、逆变器输入功率、输出功率以及逆变器工作温度；

所述开关装置中第一串电池板与第二到第N串电池板都有一个开关连接；第二串电池板与第三到第N串电池板都有一个开关连接；第三串电池板与第四到第N串电池板都有一个开关连接；以此类推，直到第N-1串电池板与第N串电池板有一个开关连接；

所述开关装置紧邻逆变器侧出口处每串电池板与逆变器都有一个开关连接；

提供的直流侧拓扑结构能够使各串电池板根据目标函数大小灵活匹配连接到运行的逆变器上，即切换装置以目标函数最小为最优条件，确定此时电池板与切换装置以及切换装置与逆变器之间的连接方式，进行切换。

2.根据权利要求1所述的一种提高光伏逆变器利用效率的直流拓扑结构，其特征在于：所述切换装置能够根据各电池板输出电流大小随时自动切换逆变器路数，如逆变器突然故障，则可切换至其他逆变器上工作。

3.根据权利要求1所述的一种提高光伏逆变器利用效率的直流拓扑结构，其特征在于：所述电池板的串数不限于与逆变器台数相同；即当逆变器运行中损坏时或者逆变器台数M＜N时，不必更改电池板串数及开关数量。

4.根据权利要求1所述的一种提高光伏逆变器利用效率的直流拓扑结构，其特征在于：所述逆变器的容量相同或者相近。

5.根据权利要求1—4中任一项所述的一种提高光伏逆变器利用效率的直流拓扑结构的控制方法，其特征在于：该方法内容包括以下步骤：

步骤1：获取光伏系统参数以及直流侧实时电流和电压；所述系统参数包括电池板参数、所用电缆参数、逆变器参数以及电网参数；

步骤2：构造逆变器输出功率目标函数F_Z，逆变器输出功率目标函数为：

(1)式中：N_Zi为将N串电池板分成Z组时第i组电池板串数，i∈[1,Z]，其中N为电池板总串数；将N串电池板分成Z组，其中Z∈[1,M]，M表示逆变器总台数；再将第i组电池板按原来电池板序号大小重新排序，I_dZin为第i组中电池板重新排序后第n串电池板的电流值，U_dZin为第i组中电池板重新排序后第n串电池板的电压值，P_dZin为第i组中电池板重新排序后第n串电池板的输出功率，η_Zi属于一个变量，为切换装置中N串电池板分成Z组时第i组电池板连接到该台逆变器工作时，该台逆变器此时的转换效率：信号采集处理器采集逆变器输入功率、输出功率及工作温度，为逆变器转换效率η_Zi拟合更加准确的曲线提供参考数据，使切换装置根据温度自适应调整η_Zi作出更加准确的判断；

N_Zi数值、装置连接方法需要满足两个要求：

①将N个电池板串输出功率的数值分成Z组，第i组的个数即为N_Zi数值，使得每组电池板输出功率的和近似相等，则光伏阵列可以连接切换装置；

②存在N串电池板，M台逆变器，使得连接逆变器m的电池板组中含有PV_m，若NM且损坏的逆变器为集合M_L，存在正整数x和y，其中x∈(M,N]∪M_L，使得PV_x和PV_y必须分到一组，则切换装置可以连接逆变器，所述损坏的逆变器也可代表线路连接不成功的逆变器；

根据厂家提供的逆变器工作的最小输入功率以及逆变器启动电压，可以得到直流侧电流大小，将得到的逆变器工作最小电压、电流代入目标函数F_Z中，令其F₁(N)＞F₂(N)且F₁(N+1)＜F₂(N+1)，即可确定一个发电单元最大电池板串数N；

步骤3：切换装置根据直流侧电流和电压实时数据以及目标函数的计算结果，再与上一次测量数据所计算的目标函数值作对比，若目标函数值变小，则无需更改，若目标函数值变大，则得出线路连接方式，从而最大化提高发电量的同时提高光伏系统运行性能；

切换装置根据目标函数大小，自动切换逆变器路数使光伏逆变器利用率一直处于高效状态运行；根据计算确定max(F_Z)，即切换装置确定使F_Z达到最大值时的逆变器工作台数M_Z，切换线路使M_Z台逆变器运行；

切换装置动作：每过一段时间，采集数据，再根据步骤2中N_zi数值、逆变器连接方法，将已分组形成的组数、组中包含的电池板输出功率、组中包含的电池板相对应的串次以及逆变器连接的方式输出，再分别将每种方案中数值带入到目标函数F_Z中得到最大值为最佳组合方式，再输出最佳分组方式与连接方法，切换装置根据最佳连接方法动作切换线路；

F₁表示N₁₁串电池板连到一台逆变器的目标函数大小，此时电池板串数N为N₁₁，公式为N＝N₁₁，F₂表示将N₂₁和N₂₂串电池板分别连到两台逆变器的目标函数大小，此时电池板串数N为N₂₁和N₂₂之和，公式为N＝N₂₁+N₂₂，F_j表示将N_j1、N_j2、…、N_jj串电池板分别连到j台逆变器的目标函数大小，此时电池板串数N为N_j1、N_j2、…、N_jj之和，公式为N＝N_j1+N_j2+…+N_jj，j为正整数。