[发明专利]一种基于超级电容储能的混合级联型光伏逆变装置及控制方法

说明书

本发明涉及一种基于超级电容储能的混合级联型光伏逆变装置及控制方法。包括：超级电容，光伏电池，普通滤波电容，H桥；超级电容、多个光伏电池及其并联的普通滤波电容分别与H桥的直流侧连接，然后各H桥在交流侧进行串联形成较高的电压输出，用于在光伏电池发电高峰期吸收光伏电池的功率以及在光伏电池发电低谷期补偿输出功率的不足，从而减小光伏发电的功率波动。超级电容具有一定的存储容量，又有充放电速度快的优势，因而在平抑功率波动和克服电网电压跌落方面具有先天的优势。

技术领域

本发明的研究成果适用于分布式光伏发电系统，也可推广至大型集中式的光伏发电系统，特别涉及一种基于超级电容储能的混合级联型光伏逆变装置及控制方法。

背景技术

带有储能环节的分布式光伏发电系统，常规的结构是将光伏电池通过直流-直流(DC/DC)变换器和储能元件在直流母线上并联，或者两者分别通过直流交流(DC/AC)逆变器在交流侧并联。现有的一种带储能分布式光伏发电系统结构如附图2所示。

这种已有结构是将多个光伏电池直接串联起来，然后经过统一的直流变换电路进行整体的最大功率控制，接着和超级电容直接并连在逆变器的直流侧进行统一逆变输出。这种已有结构相对于本发明提出的新型级联型结构而言，整体结构更为简单，控制策略也相对容易，但也存在着相当多的问题，具体有下面几点：

(1)将数个光伏电池串联起来，这种方式虽然简单，但是不利于整体发电效率的提高。因为当日照不均或者电池特性不均或有局部阴影或碎砾等遮蔽光伏电池板时，光伏电池组的整体输出功率就会降低，无法达到单个电池板的最大功率。并且，如果串联中的任何一个电池发生故障，那么整个电池组将会失效。

(2)由于光伏系统经过单一的逆变器并网或者向负载供电，逆变器直流侧电压比较高，相应的各功率器件的电压应力也高。

(3)对于超级电容而言，其单体电压比较低，通常只有几伏，所以应用于光伏系统需要串联。当直流母线电压比较高时就需要串联更多级数，这样就减少了等效电容量，或者需要附加直流-直流(DC/DC)变换电路。

(4)单个两电平或三电平逆变器的输出电平数少，谐波含量高，需要相对较大体积的输出滤波器。

总体来说，这种现有的带储能光伏发电系统结构所存在的问题，都可以归结为光伏电池和储能元件的低电压和高市电电压之间的不匹配所产生的问题。如果光伏发电系统独立的向低电压的负载或电网供电，这个矛盾就容易缓解一些，这就要改变多个光伏电池板串联后经单一逆变器输出的结构。

发明内容

从提高光伏发电效率、减少发电系统体积、降低成本等方面考虑，本发明提出一种新的混合级联型的光伏逆变器结构，将光伏电池和超级电容采用H桥级联的方式构成光伏发电系统。这种结构可以单相使用，也可以构成三相结构。这种结构所使用的低压器件成本低廉，且体积小，应用成熟，而且能够显著减少输出滤波器的体积，增大单个光伏电池的发电效率，可靠性高。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于超级电容储能的混合级联型光伏逆变装置，其特征在于，包括一个超级电容C_s和若干个直流母线电容，分别为直流母线电容C₁、直流母线电容C₂……直流母线电容C_n；以及逆变桥H₀、逆变桥H₁……逆变桥H_n；所述逆变桥H₁到H_n分别与对应的直流母线电容C₁、直流母线电容C₂……直流母线电容C_n直接相连；n+1个逆变桥之间依次串联，还包括一个超级电容C_s与逆变桥H₀直接相连，所述；n+1个逆变桥依次串联后再与1个超级电容和n个直流母线电容直接相连后与分散的光伏电池构成的H桥级联方式的光伏逆变器。