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分布式光伏阵列的电流均衡与功率优化技术

项目简介
   由于单体PV模块的输出电压太低,需要多个(一般为8-12个)模块直接串联组成PV 串联支路,获得足够高的电压以满足并网逆变器的需求。为了提高输出功率,需将若干个PV串联支路通过阻断二极管并联成一个PV阵列以满足逆变器输出功率的要求。但在成规模应用的光伏发电系统中暴露出一个特殊问题:PV模块特性不一致及部分遮蔽导致模块串联后产生的“输出电流取小效应”、并联后产生的“峰值电压箝位效应”。

本成果运用“损有余而奉不足”的哲学思想,提出了串联支路差值功率均衡技术,简称为串联均衡技术。为PV 模块并联一个均衡器形成串联组合体,对其差值功率进行变换,使得各组合体具有相同的输出电流,然后将这些串联组合体直接联接构成串联支路。本成果还提出并联支路输出电压自动跟踪技术,简称为并联跟踪技术。给每个并联支路串接一个电压调节器(VRM,Voltage regulator Module)构成并联组合体。选取最高输出电压为并联母线电压,调节VRM的输出电压,使得其余并联组合体的输出电压跟踪并联母线电压。

美国国家半导体公司在网站(http//www.eeword.com.cn,2011年8月)上公布的SolarMagic 功率优化器采用串联母线结构,只能解决串联支路的问题,并未提出“串联母线结构4个特殊问题”的解决方案。我们提出的PV阵列均衡优化技术包括串联均衡和并联跟踪,可替代传统的直接串并联结构。使用串联均衡技术,消除PV 模块特性不一致、部分遮蔽及其环境变化等导致的“输出电流取小效应”,高效率、低成本地实现串联支路的单峰值v-p特性,提高PV阵列的电能利用率,使输出功率达到或接近理论最大值。使用并联跟踪技术消除“峰值电压箝位效应”,提高PV阵列的输出功率和增强其发电系统对复杂工况的适应能力,使其在各种复杂工况,诸如部分遮蔽、三相电网不平衡和低压穿越等工况下,均能安全、可靠、合理地工作。



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