直流模块式光伏发电系统前级DCDC变换

第 ３ ０ 卷 第 ８ 期２ ０ １ ２ 年 ８ 月水 电 能 源 科 学Ｗ ａ ｔ ｅ ｒ Ｒ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒＶ ｏ ｌ ． ３ ０Ｎ ｏ ． ８Ａ ｕ ｇ ． ２ ０ １ ２文章编号 ： １ ０ ０ ０ － ７ ７ ０ ９ （ ２ ０ １ ２ ） ０ ８ － ０ １ ８ ４ － ０ ４直流模块式光伏发电系统前级 Ｄ Ｃ ／ Ｄ Ｃ 变换研究陈 双 ， 陈卫民 ， 严 虹（ 中国计量学院 机电工程学院 ， 浙江 杭州 ３ １ ０ ０ １ ８ ）摘要 ： 针对传统集中式光伏发电系统结构存在的问题 ， 介绍了直流模 块 式 光 伏 发 电 结 构 ， 并 利 用 反 激 变 换 器作为直流模块式光伏发电系统的前级 直 流 模 块 ， 采 用 变 步 长 的 滞 环 比 较 法 实 现 光 伏 电 池 的 最 大 功 率 跟 踪 控制 ， 采用带有输入电压前馈控制的电压闭环控制策略实现直流母线的稳压控制 。 试验结果表明 ， 该方案可行 。关键词 ： 直流母线 ； Ｄ Ｃ ／ Ｄ Ｃ 变换器 ； 反激变换器 ； 光伏发电 ； 最大功率跟踪中图分类号 ： ＴＭ ９ １ ４ 文献标志码 ： Ａ收稿日期 ： ２ ０ １ ２ － ０ １ － ０ ９ ， 修回日期 ： ２ ０ １ ２ － ０ ３ － ０ ６基金项目 ： 国家自然科学青年基金资助项目 （ ５ １ １ ０ ７ ０ ７ ９ ） ； 浙江省教育厅基金资助项目 （ Ｙ ２ ０ １ ０ １ ８ ９ ９ ５ ）作者简介 ： 陈双 （ １ ９ ８ ７ － ） ， 男 ， 硕士研究生 ， 研究方向为光伏并网发电技术 ， Ｅ － ｍ ａ ｉ ｌ ： ｓ ｈ ｅ ｎ ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ９ ０ ０ ＠ １ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ通讯作者 ： 陈卫民 （ １ ９ ７ ２ － ） ， 男 ， 副教授 ， 研究方向为新能源发电 、 参数检测 ， Ｅ － ｍ ａ ｉ ｌ ： ｃ ｗ ｍ ＠ ｃ ｊ ｌ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ在光伏建筑一体化等分布式光伏发电应用场合 ， 由于光照条件较恶劣 ， 因此对光伏发电系统要求较高 。 传统的集中式结构 ［ １ ］ 是将大量光伏组件以串 、 并联的方式组合 ， 再利用集中逆变器并入电网 ， 其缺点是若光伏阵列中某一块组件损坏 ， 就可能导致整个串联支路不能工作 ， 且 整 个 光 伏 阵列共用一个最大 功 率 点 跟 踪 （ Ｍ Ｐ Ｐ Ｔ ） 控 制 器 ， 不 能保证每个组件均工作在最佳工作 点 ， 所以不适合作为分布式光伏发电的系统结构 。 将集中式结构简化可得组串式和多组 串式结构 ［ ２ ］ ， 这 两 种 结 构的特点是每个组件串都有一个 Ｍ Ｐ Ｐ Ｔ 控制器 ， 较之传统的集中式结构效率有较大 提高 ， 但 仍 存在热斑和失配的问题 。 ２ ０ 世纪 ７ ０ 年代提出的微逆变结构 ［ ３ ］ 将每个光伏组 件都安装一个微 逆 变 器 ，并由之并入电网 ， 这样大幅提高了光伏 组件的利用率 ， 且不存在热斑和失配的问题 ， 比较适合分布式光伏发 电 的 要 求 。 但 将 Ｍ Ｐ Ｐ Ｔ 、 并 网 控 制 、 通信等 功 能 集 成 在 一 个 控 制 器 上 ， 系 统 设 计 复 杂 。近年来 ， 文献 ［ ４ ， ５ ］ 提出了直流模块式光伏发电系统结构 ， 摒弃了组串式和微逆变结构的缺点 ， 继承了两者的优点 ， 非常适合光伏建筑一体 化等分布式光伏发电应用场合 。 为此 ， 本 文 采 用 直 流 模块式光伏发电系统结构 ， 并对其前级直流模块进入深入研究 。１ 直流模块式光伏发电系统１ ． １ 系统组成直流模块式结构由光伏直流模块和集中逆变器模块构成 ， 见 图 １ 。 光 伏 直 流 模 块 包 括 光 伏 组件和高增 益 Ｄ Ｃ ／ Ｄ Ｃ 变 换 器 ， 主 要 实 现 升 压 和 最大功率点跟踪控制的目的 。 集中逆变器模块实现了将许多并联在直流母线上的光伏直流模块产生的直流电能逆变为交流电能及并网功能 。 这种结构的优点是光伏组件利用率高 ， 系统效率高 ， 光伏组件不存在热斑和失配的问题 ， 且采 用模块化设计 ， 易于标准化大规模生产 。图 １ 直流模块式光伏发电系统Ｆ ｉ ｇ ． １ Ｄ Ｃ ｍ ｏ ｄ ｕ ｌ ｅ ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｉ ｃ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ一般 额 定 功 率 在 １ ０ ０ ～ ３ ０ ０ Ｗ 的 光 伏 组 件 ，最大功率点处的工作电压在 ２ ０ ～ ５ ０Ｖ 之间 ， 而直流母线电压一般为 ４ ０ ０ Ｖ 或 ２ ０ ０ Ｖ ， 所 以 前 级 直流模块电压增益要求较高 ， 前级直流 模块的技术指标为 ： ① 输 入 电 压 ２ ０ ～ ５ ０ Ｖ Ｄ Ｃ ； ② 输 出 电 压４ ０ ０ＶＤ Ｃ 或 ２ ０ ０ＶＤ Ｃ ； ③ 额定功率 １ ０ ０ ～ ３ ０ ０ Ｗ 。１ ． ２ 直流模块电路基于直流模块的性能要求 ， 采用结构简单 、 电压增益较 高 的 反 激 变 换 器 作 为 前 级 直 流 模 块 的Ｄ Ｃ ／ Ｄ Ｃ 变换器 。 主电路拓扑见图 ２ 。 图中 ， Ｔ 为反激变压 器 ； Ｓ 为 开 关 管 ； Ｄ 为 整 流 二 极 管 ； Ｃ 为输出滤波电容 ； Ｒ 为 负 载 电 阻 ； Ｖ ｇ 为 输 入 电 压 ； Ｖ为输出电压 ； ｎ 为变压器副边与原边的匝数比 。