[发明专利]集中-分布混合式新能源发电系统及最大功率点跟踪控制方法

说明书

技术领域

本发明属新能源发电技术领域，具体涉及的是串联模块结构新能源发电系统以及该系统相对应的集中-分布混合式最大功率点跟踪控制方法，本发明尤其适用于光伏发电并网发电系统和热电发电系统等。

背景技术

发展和利用太阳能、热电等新型能源发电技术是应对能源和环境危机的重要举措。由于新能源发电设备成本高且能量转换效率低，极大增加了发电成本，限制了新能源发电技术的推广和应用。下面以太阳能光伏发电系统为例来说明本发明的应用背景。

光伏并网发电是太阳能发电应用最主要的方式，据统计，全世界超过90％的光伏发电设备安装容量为并网应用，这是因为并网应用相对独立光伏系统有成本低和免维护等优势。按照光伏组件实现最大功率跟踪(Maximum Power Point Tracking，MPPT)的方式，光伏并网发电系统分为集中式和分布式两种类型。分布式MPPT系统可以保证每个光伏组件工作在各自的最大功率点，解除各个组件直接串并联连接时存在的电压或电流耦合，消除光伏组件之间特性不一致或环境条件不一致时因为彼此相互影响导致的发电量降低问题，改善系统发电效率，同时提高系统可靠性高，因而受到广泛关注。

目前基于分布式MPPT的光伏并网发电系统包括：(1)基于微逆变器的交流模块式系统；(2)基于高压直流模块输出侧并联的光伏并网发电系统；(3)基于低压直流模块输出侧串联的光伏并网发电系统。由于光伏组件输出功率小、输出电压低，微逆变器或者高压直流模块通常需要借助变压器或耦合电感等实现高升压比，以满足电网电压需求，导致变换器拓扑结构复杂、效率降低、可靠性降低、成本增加。分布式串联光伏并网发电系统中，多个新能源发电模块输出侧串联形成高压直流，新能源发电模块中的DC-DC变换器自身不需要高升压，因此可以采用基本的Buck、Boost或Buck/Boost变换器实现，具有效率高、可靠性高等优点。但是基本Buck、Boost或Buck/Boost变换器的变换效率与输入输出电压的差值有关，输入输出电压相差越大，其效率越低，为了使整个系统获得最优的发电效率，需要通过并网逆变器实时调整输入侧直流母线电压，使得新能源发电模块中的DC-DC变换器输入输出电压接近。然而，并网逆变器无法直接获得每个新能源发电模块输出电压值，无法确定合适的输入侧直流母线电压值。通过为所有新能源发电模块和并网逆变器加入通信系统的方式，可以使并网逆变器获得所有直流模块的输出电压，从而设置合适的直流母线电压值，但系统成本高，且系统运行需要依赖通信，可靠性差。

发明内容

本发明针对现有新能源发电系统成本高且能量转换效率低等问题，提供一种集中-分布混合式新能源发电系统，同时还提供一种针对分布式串联模块式新能源发电系统的集中-分布混合式最大功率点跟踪控制方法。本发明通过将集中变换器的集中式最大功率跟踪控制与新能源发电模块的分布式最大功率跟踪控制相结合，使得集中变换器自动设定在最优的输入侧直流母线电压值，改善新能源发电系统的系统效率，达到提高发电量的目的。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

集中-分布混合式新能源发电系统，该系统包括至少一个直流模块组串和一个集中变换器，所有直流模块组串的输出端并联形成高压直流母线，并与集中变换器的输入端相连，所述直流模块组串包括复数个新能源发电模块，所述复数个新能源发电模块的输出端串联形成直流模块组串；所述新能源发电模块包括新能源发电设备和DC-DC变换器，所述新能源发电设备的输出端与DC-DC变换器的输入端相连，DC-DC变换器的输出端即为新能源直流模块的输出端。

在上述发电系统的优选方案中，所述新能源发电设备可以是光伏组件、热电池。

进一步的，所述新能源发电模块中的DC-DC变换器为降压变换器或者升降压变换器。

进一步的，所述集中变换器可以是DC-DC变换器或并网逆变器，当集中变换器为DC-DC变换器时，集中变换器的输出端可以与用电负载或蓄电池相连，当集中变换器为并网逆变器时，集中变换器的输出端与电网相连。

针对上述新能源发电系统，本发明提供一种集中-分布混合式最大功率点跟踪控制方法，该控制方法中新能源发电模块中的DC-DC变换器仅对与该DC-DC变换器相连的新能源发电设备进行最大功率跟踪，集中变换器对所有新能源发电设备同时进行最大功率跟踪。