基于多绕组反激式直流变换器的差分功率优化式DMPPT光伏电池模块

技术领域

本发明所涉及的基于多绕组反激式直流变换器的差分功率优化式DMPPT光伏电池模块，属于光伏太阳能发电领域。

背景技术

当前，能源问题已成为制约人类社会发展的关键因素，为了摆脱对不可再生资源的极度依赖，人们越来越重视新能源尤其是清洁能源的开发和利用，目前能够大规模利用的清洁能源包括太阳能、风能、潮汐能等。太阳能作为一种新型绿色能源，极大的缓解了常规能源的紧张状态，其中，光伏发电以其清洁无污染、储量丰富、易于实施与维护等优点，已成为世界各国发展分布式发电系统的重要选择。然而，光伏发电系统常因光伏电池自身缺陷、运行过程中的局部遮挡和灰尘积垢等原因造成光伏电池功率失配问题。光伏电池功率失配不仅导致其输出功率的严重损失，还将使光伏阵列的输出静态特性曲线呈现多峰值特性，不仅增加了最大功率点跟踪算法的复杂度，而且失配的光伏电池还可能因为“热斑效应”而损坏。

传统的组串式和集中式光伏发电系统，如图1所示，通常采用在光伏电池模块两端并联旁路二极管的方法来解决光伏电池阵列失配问题。该方法可防止产生“热斑效应”，有效地保护了光伏电池模块，但失配的光伏电池不输出功率，利用率低。为了减少光伏电池功率损失，人们研究了微型逆变器分布式架构，如图2所示，该架构中的每个光伏电池模块通过一个独立逆变器并网发电，虽具有单级功率变换、安装灵活等优点，但仅实现了光伏板级MPPT，板内失配问题未得到解决。为了有效解决光伏板内失配问题，研究者们提出了如图3所示的基于多个二端口变换器的差分功率优化分布式架构，但随着光伏串数量的增加，不匹配的功率需要经过多级功率变换、损耗较多。

因此，积极寻求一种结构简单、效率较高、低成本的DMPPT光伏电池模块对新能源发电系统具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有电路拓扑结构简单、变换效率高、成本低、应用前景广泛等特点的基于多绕组反激式直流变换器的差分功率优化式DMPPT光伏电池模块，该光伏电池模块能够实现光伏串间均压，显著解决由于光伏系统的功率失配而导致输出效率降低的缺点。

本发明的技术方案在于：一种基于多绕组反激式直流变换器的差分功率优化式DMPPT 光伏电池模块，其特征在于：这种光伏电池模块是由1块具有n个光伏串构成的光伏板和1 个具有n个副边绕组的反激式直流变换器构成(n为大于等于2的正整数)；所述的具有n个副边绕组的反激式直流变换器原边由一对半桥功率开关、钳位电容和原边绕组N构成，该反激式直流变换器包括n个输入端口和1个输出端口，输入端有n个滤波电容Ci1-Cin依次串联，每个滤波电容与一个光伏串并联，在输出端有反激变换器原边绕组N和一个半桥功率开关管串联而成。所述的多绕组反激式直流变换器，其电路结构特征在于：反激式直流变换器原边由一对半桥功率开关、钳位电容和原边绕组N构成，原边绕组N的同名端与钳位电容一端和光伏板正极相连，原边绕组N的异名端与钳位开关VS1源极和VS2漏极相连，VS1漏极与钳位电容另一端相连，VS2源极与光伏板负极相连；反激式直流变换器输入端由n个滤波电容Ci1-Cin、n个光伏串、n个副边绕组构成，n个滤波电容依次串联，每个滤波电容与一个光伏串并联，每个副边绕组同名端与滤波电容负极相连，副边绕组异名端与二极管阳极相连，二极管阴极与滤波电容正极相连。所述的差分功率优化式DMPPT光伏电池模块，其特征在于：多绕组反激式直流变换器中反激变压器设计采用PCB型平面变压器结构，原副边绕组分段交错绕制线圈，增加光伏串之间电压均衡控制效果。一种基于多绕组反激式直流变换器的差分功率优化式DMPPT光伏电池模块控制策略，其特征在于：该控制策略由功率扰动模块和输出功率比较环路构成，功率扰动模块根据光伏电池模块输出功率误差，正向或者反向改变功率开关管VS1导通占空比，实现光伏电池模块最大功率输出，促进各个电池光伏串端口电压均衡，达到差分功率优化式DMPPT输出效果。

本发明是在传统多个二端口变换器的差分功率优化电路结构的基础之上，提出采用一个多绕组反激式直流变换器代替多个二端口变换器，实现了差分功率优化式DMPPT光伏电池模块输出效果。通过调节半桥功率开关管的导通占空比实现光伏板的最大功率输出，同时间接进行光伏串端口电压的均压控制。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明公开了一种基于多绕组反激式直流变换器的差分功率优化式DMPPT光伏电池模块，同时公开了由功率扰动模块和输出功率比较环路构成的光伏电池模块最大功率输出控制策略。该光伏电池模块电路拓扑结构简单、使用功率开关管数量少、控制电路简单、成本低，同时在功率开关管VS1关断、功率开关管VS2开通时，电路工作在类正激变换器工作模态下，有利于光伏串之间均压；该光伏电池模块的反激变压器设计采用PCB型平面变压器，有效减小了光伏电池模块的体积和重量、减小在高频工作时由集肤效应和邻近效应所引起的涡流损耗和增大电流密度，同时反激变压器分段交错绕制线圈，减少原副边线圈漏感，进一步促进了光伏串之间均压。

附图说明

图1为组串式MPPT结构和集中式MPPT结构。

图2为微型逆变器式DMPPT结构。

图3为基于多个二端口变换器的差分功率优化式DMPPT结构。

图4为基于多端口DPP变换器的DMPPT电路结构。

图5为多绕组反激式直流变换器差分功率优化式DMPPT电路拓扑。

图6为多绕组(n＝3)反激式直流变换器差分功率优化式DMPPT电路拓扑。

图7多绕组(n＝3)反激式直流变换器差分功率优化式DMPPT电路工作模态一。

图8多绕组(n＝3)反激式直流变换器差分功率优化式DMPPT电路工作模态二。

图9为多绕组反激式直流变换器差分功率优化式DMPPT电路控制策略框图。

图10为多绕组反激式直流变换器差分功率优化式DMPPT系统整体电路框图。

具体实施方式：

下面通过具体实例并结合附图对本发明做进一步详细的描述。

基于多绕组反激式直流变换器的差分功率优化式DMPPT光伏电池模块，电路拓扑如图5 所示，其特征在于：这种光伏电池模块是由1块具有n个光伏串构成的光伏板和1个具有n 个副边绕组的反激式直流变换器构成(n为大于等于2的正整数)。其中，所述的反激式直流变换器原边由一对半桥功率开关、钳位电容和原边绕组构成，原边绕组与半桥功率开关VS

当n＝3时，所述的多绕组反激式直流变换器差分功率优化式DMPPT电路拓扑如图6所示，图7、图8分别为该电路的工作模态一、工作模态二。当功率开关管VS

如图9所示，为多绕组反激式直流变换器差分功率优化式DMPPT电路控制策略框图。其特征在于：这种控制策略由功率扰动模块和输出功率比较环路构成。所述功率比较环路将直流变换器输出功率P