直流模块式光伏发电系统前级DCDC变换-solarbe文库

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第３０卷第８期２０１２年８月水电能源科学ＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＰｏｗｅｒＶｏｌ．３０Ｎｏ．８Ａｕｇ．２０１２文章编号１０００－７７０９（２０１２）０８－０１８４－０４直流模块式光伏发电系统前级ＤＣ／ＤＣ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３１００１８）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；ＤＣ／ＤＣ变换器；反激变换器；光伏发电；最大功率跟踪中图分类号ＴＭ９１４文献标志码Ａ收稿日期２０１２－０１－０９，修回日期２０１２－０３－０６基金项目国家自然科学青年基金资助项目（５１１０７０７９）；浙江省教育厅基金资助项目（Ｙ２０１０１８９９５）作者简介陈双（１９８７－），男，硕士研究生，研究方向为光伏并网发电技术，Ｅ－ｍａｉｌｓｈｅｎｓｈａｎｇ９００＠１６３．ｃｏｍ通讯作者陈卫民（１９７２－），男，副教授，研究方向为新能源发电、参数检测，Ｅ－ｍａｉｌｃｗｍ＠ｃｊｌｕ．ｅｄｕ．ｃｎ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（ＭＰＰＴ）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ＭＰＰＴ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。２０世纪７０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ＭＰＰＴ、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ＤＣ／ＤＣ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Ｆｉｇ．１ＤＣｍｏｄｕｌｅｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ一般额定功率在１００～３００Ｗ的光伏组件，最大功率点处的工作电压在２０～５０Ｖ之间，而直流母线电压一般为４００Ｖ或２００Ｖ，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２０～５０ＶＤＣ； ② 输出电压４００ＶＤＣ或２００ＶＤＣ； ③ 额定功率１００～３００Ｗ。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ＤＣ／ＤＣ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；Ｖｇ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。