光伏系統的優化器及其電力轉換電路的製作方法

2023-11-10 23:26:02

光伏系統的優化器及其電力轉換電路的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種光伏系統的優化器及其電力轉換電路，該電路的輸入側分為A、B兩路，分別與第一、第二光伏組件連接。A路包括：第一輸入電容，並聯於第一正、負輸入端間，第一負輸入端與負輸出端連接並接地；第一NMOS管，漏極與第一正輸入端連接，柵極接收第一驅動信號；第一二極體，正極與第一負輸入端連接，負極與第一NMOS管源極連接；B路包括：第二輸入電容，並聯於第二正、負輸入端間，第二正輸入端與正輸出端連接；第二NMOS管，源極與第二負輸入端連接，柵極接收第二驅動信號；第二二極體，正極與第二NMOS管漏極連接，負極與第二正輸入端連接；電力轉換電路還包括：電感，分別與第一NMOS管的源極和第二NMOS管漏極連接；輸出電容，並聯於正、負輸出端間。
【專利說明】光伏系統的優化器及其電力轉換電路

【技術領域】
[0001]本發明涉及分布式光伏併網發電【技術領域】，具體來說，本發明涉及一種分布式光伏系統的雙組件優化器及其電力轉換電路。

【背景技術】
[0002]由於太陽能的可再生性及清潔性，光伏併網發電技術得以迅猛發展。優化器結構是其中一種高效的光伏併網方案，每個光伏組件連接一臺可升降壓的優化器，將優化器的輸出端串聯後通過集中式逆變器將能量傳遞給電網。優化器結構將光伏陣列的最大功率點跟蹤(MPPT)解耦為各個光伏組件的最大功率點跟蹤，在解決光伏組件不匹配及部分遮蔽問題的同時，也可以監測光伏組件的性能，方便系統的運維。
[0003]因為優化器是光伏系統額外增加的部件，所以對於成本要求非常高，希望儘可能降低成本。其中一個重要的做法就是採用雙組件優化器，也就是一個優化器接兩個光伏組件。目前的做法為串聯光伏組件以後接入優化器，如圖1所示。圖1為現有技術中的一種光伏系統的雙組件優化器的電力轉換電路的示意圖。輸入和輸出的電壓電流採樣後發給控制器，控制器產生控制信號，發給驅動晶片，驅動晶片控制開關元件，實現電力轉換。
[0004]但這樣的做法有幾個問題:
[0005]1.沒有獨立的MPPT，比如一個光伏組件失效，沒有了電流，那這兩個串聯的光伏組件都會沒有電流，無法工作。
[0006]2.不能監測單個光伏組件的性能。
[0007]3.由於輸入電壓加倍，電容、開關的電壓等級升高，造成元件選型的困難。
[0008]4.由於功率的加倍，電感、電容等容量等級升高，造成元件選型的困難。
[0009]5.在優化器停止工作後，兩個串聯光伏組件的輸出電壓可能高於80V，不能滿足電力法令要求光伏組件的輸出低於80V。
[0010]另一種做法是採用兩路完全獨立的轉換電路，直接把輸出相互串聯，如圖2所示。圖2為現有技術中的另一種光伏系統的雙組件優化器的電力轉換電路的示意圖。


【發明內容】

[0011]本發明所要解決的技術問題是提供一種分布式光伏系統的雙組件優化器及其電力轉換電路，能夠實現低成本和高性能的優化結構。
[0012]為解決上述技術問題，本發明提供一種光伏系統的優化器的電力轉換電路，所述電力轉換電路的輸入側分為A路和B路兩個支路，分別與第一光伏組件和第二光伏組件相連接；
[0013]所述A路包括:
[0014]第一輸入電容，並聯於第一正輸入端和第一負輸入端之間，所述第一負輸入端與所述電力轉換電路的負輸出端相連接並共同接地；
[0015]第一開關管，其漏極端與所述第一正輸入端相連接，其柵極端與第一驅動信號相連接；以及
[0016]第一二極體，其正極端與所述第一負輸入端相連接，其負極端與所述第一開關管的源極端相連接；
[0017]所述B路包括:
[0018]第二輸入電容，並聯於第二正輸入端和第二負輸入端之間，所述第二正輸入端與所述電力轉換電路的正輸出端相連接；
[0019]第二開關管，其源極端與所述第二負輸入端相連接，其柵極端與第二驅動信號相連接；以及
[0020]第二二極體，其正極端與所述第二開關管的漏極端相連接，其負極端與所述第二正輸入端相連接；
[0021]所述電力轉換電路還包括:
[0022]電感，其一端與所述第一開關管的源極端相連接，其另一端與所述第二開關管的漏極端相連接；以及
[0023]輸出電容，並聯於所述正輸出端和所述負輸出端之間。
[0024]可選地，所述第一開關管和/或所述第二開關管為NMOS管。
[0025]可選地，所述第一驅動信號和所述第二驅動信號相互交錯。
[0026]可選地，所述電力轉換電路為降壓式變換電路。
[0027]為解決上述技術問題，本發明還提供一種光伏系統的優化器，包括電力轉換電路，所述電力轉換電路的輸入側分為A路和B路兩個支路，分別與第一光伏組件和第二光伏組件相連接；
[0028]所述A路包括:
[0029]第一輸入電容，並聯於第一正輸入端和第一負輸入端之間，所述第一負輸入端與所述電力轉換電路的負輸出端相連接並共同接地；
[0030]第一開關管，其漏極端與所述第一正輸入端相連接，其柵極端與第一驅動信號相連接；以及
[0031]第一二極體，其正極端與所述第一負輸入端相連接，其負極端與所述第一開關管的源極端相連接；
[0032]所述B路包括:
[0033]第二輸入電容，並聯於第二正輸入端和第二負輸入端之間，所述第二正輸入端與所述電力轉換電路的正輸出端相連接；
[0034]第二開關管，其源極端與所述第二負輸入端相連接，其柵極端與第二驅動信號相連接；以及
[0035]第二二極體，其正極端與所述第二開關管的漏極端相連接，其負極端與所述第二正輸入端相連接；
[0036]所述電力轉換電路還包括:
[0037]電感，其一端與所述第一開關管的源極端相連接，其另一端與所述第二開關管的漏極端相連接；以及
[0038]輸出電容，並聯於所述正輸出端和所述負輸出端之間。
[0039]可選地，所述第一開關管和/或所述第二開關管為NMOS管。
[0040]可選地，所述第一驅動信號和所述第二驅動信號相互交錯。
[0041 ] 可選地，所述電力轉換電路為降壓式變換電路。
[0042]與現有技術相比，本發明具有以下優點:
[0043]本發明提出了一種分布式光伏系統的雙組件優化器及其電力轉換電路，可連接兩個光伏組件，而同時保持每個光伏組件的最大功率點跟蹤(MPPT)功能、檢測和保護關斷。通過採用共用的電感和電容，以降低成本。
[0044]另外，本發明優選採用交錯的驅動信號，減小了電感上的電壓和電流紋波，降低了電感的參數要求，也降低了功耗，提高了優化器的整體轉換效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0045]本發明的上述的以及其他的特徵、性質和優勢將通過下面結合附圖和實施例的描述而變得更加明顯，其中:
[0046]圖1為現有技術中的一種光伏系統的雙組件優化器的電力轉換電路的不意圖；
[0047]圖2為現有技術中的另一種光伏系統的雙組件優化器的電力轉換電路的示意圖；
[0048]圖3為本發明一個實施例的光伏系統的雙組件優化器的電力轉換電路的不意圖；
[0049]圖4a為本發明一個實施例的光伏系統的雙組件優化器的電力轉換電路的第一驅動信號和第二驅動信號的佔空比都為0.5獲得的仿真波形，第一驅動信號和第二驅動信號為同步；
[0050]圖4b為本發明另一個實施例的光伏系統的雙組件優化器的電力轉換電路的第一驅動信號和第二驅動信號的佔空比都為0.5獲得的仿真波形，第一驅動信號和第二驅動信號為交錯；
[0051]圖5a為本發明一個實施例的光伏系統的雙組件優化器的電力轉換電路的第一驅動信號和第二驅動信號的佔空比都為0.3獲得的仿真波形，第一驅動信號和第二驅動信號為同步；
[0052]圖5b為本發明另一個實施例的光伏系統的雙組件優化器的電力轉換電路的第一驅動信號和第二驅動信號的佔空比都為0.3獲得的仿真波形，第一驅動信號和第二驅動信號為交錯；
[0053]圖6a為本發明一個實施例的光伏系統的雙組件優化器的電力轉換電路的第一驅動信號和第二驅動信號的佔空比都為0.7獲得的仿真波形，第一驅動信號和第二驅動信號為同步；
[0054]圖6b為本發明另一個實施例的光伏系統的雙組件優化器的電力轉換電路的第一驅動信號和第二驅動信號的佔空比都為0.7獲得的仿真波形，第一驅動信號和第二驅動信號為交錯；
[0055]圖7為圖4a至圖6b所示實施例的光伏系統的雙組件優化器的電力轉換電路的第一驅動信號和第二驅動信號的佔空比分別都為0.3,0.5和0.7獲得的仿真結果的總結列表。

【具體實施方式】
[0056]下面結合具體實施例和說明書附圖對本發明作進一步說明，在以下的描述中闡述了更多的細節以便於充分理解本發明，但是本發明顯然能夠以多種不同於此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下根據實際應用情況作類似推廣、演繹，因此不應以此具體實施例的內容限制本發明的保護範圍。
[0057]光伏系統的優化器的電力轉換電路的實施例
[0058]圖3為本發明一個實施例的光伏系統的雙組件優化器的電力轉換電路的示意圖。需要注意的是，這些以及後續其他的附圖均僅作為示例，其並非是按照等比例的條件繪製的，並且不應該以此作為對本發明實際要求的保護範圍構成限制。如圖3所示，兩個光伏組件A和B的輸出端各自獨立連接優化器的電力轉換電路300的輸入端，這兩個輸入端分別對應電力轉換電路300的兩個支路。該電力轉換電路300的輸入側分為A路和B路兩個支路(下半部分為A路，上半部分為B路)，分別與第一光伏組件A和第二光伏組件B相連接。
[0059]其中，該A路包括:第一輸入電容Cinl、第一開關管Ql和第一二極體Dl。第一輸入電容Cinl並聯於第一正輸入端PVl+和第一負輸入端PVl-之間,該第一負輸入端PVl-與該電力轉換電路300的負輸出端OUT-相連接並共同接地。第一開關管Ql可為NMOS管，其漏極端與該第一正輸入端PVl+相連接，其柵極端與第一驅動信號Drivel相連接。第一二極體Dl的正極端與該第一負輸入端PVl-相連接，其負極端與該第一開關管Ql的源極端相連接。
[0060]該B路包括:第二輸入電容Cin2、第二開關管Q2和第二二極體D2。第二輸入電容Cin2並聯於第二正輸入端PV2+和第二負輸入端PV2-之間，該第二正輸入端PV2+與該電力轉換電路300的正輸出端OUT+相連接。第二開關管Q2可以為NMOS管，其源極端與該第二負輸入端PV2-相連接，其柵極端與第二驅動信號Drive2相連接。第二二極體D2的正極端與該第二開關管Q2的漏極端相連接，其負極端與該第二正輸入端PV2+相連接。另外，該電力轉換電路300還包括:電感L和輸出電容Cout。電感L的一端與該第一開關管Ql的源極端相連接，其另一端與該第二開關管Q2的漏極端相連接。輸出電容Cout並聯於該正輸出端OUT+和該負輸出端OUT-之間。
[0061]由此可見，A路的第一正輸入端PVl+和B路的第二負輸入端PV2-僅通過I個電感L連接。和現有技術的圖2相比，本實施例中只有一個電感L，而不是兩個LI和L2。另夕卜，輸出電容也只有I個輸出電容Cout，而不是兩個Coutl和Cout2。
[0062]在本實施例中，分別用於驅動該第一開關管Ql和該第二開關管Q2的該第一驅動信號Drivel和該第二驅動信號Drive2相互交錯,而不是同步。
[0063]本發明做了第一驅動信號Drivel和第二驅動信號Drive2為同步和為交錯的仿真，獲得了優化器的輸出電壓Vout和輸出電流1ut以及電感L上的電壓VL和電流IL，圖4a至圖6b分別顯示了仿真波形的結果。
[0064]其中，圖4a為第一驅動信號和第二驅動信號的佔空比都為0.5的仿真波形，兩者為同步；圖4b為第一驅動信號和第二驅動信號的佔空比都為0.5的仿真波形，兩者為交錯。圖5a為第一驅動信號和第二驅動信號的佔空比都為0.3的仿真波形，兩者為同步；圖5b為第一驅動信號和第二驅動信號的佔空比都為0.3的仿真波形，兩者為交錯。圖6a為第一驅動信號和第二驅動信號的佔空比都為0.7的仿真波形，兩者為同步；圖6b為第一驅動信號和第二驅動信號的佔空比都為0.7的仿真波形，兩者為交錯。
[0065]圖7為圖4a至圖6b所示實施例的光伏系統的雙組件優化器的電力轉換電路的第一驅動信號和第二驅動信號的佔空比分別都為0.3,0.5和0.7獲得的仿真結果的總結列表。圖7中總結了這些仿真結果波形裡的每個參數。對電感L上的電壓VL和電流IL採用峰峰值，以便於比較。很明顯，採用交錯驅動信號和同步信號能獲得幾乎相同的輸出電壓和輸出電流，但是電感L的電壓VL和電流IL區別很大。對於佔空比為0.3、0.5和0.7這三種情況，交錯驅動的電壓和電流的峰峰值都大大小於同步驅動的情況。這樣電感L的設計要求便大大降低，也就是降低了成本。同時電感L上的功耗也大大降低，提高了優化器的整體轉換效率。
[0066]在本發明中，圖3中的該電力轉換電路300以降壓式變換電路(BUCK電路)為例，但也可以使用具備類似功能的其他電路。
[0067]光伏系統的優化器的實施例
[0068]為簡便起見，本實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件。
[0069]光伏系統的該優化器包括了電力轉換電路。圖3為本發明一個實施例的光伏系統的雙組件優化器的電力轉換電路的示意圖。如圖3所示，兩個光伏組件A和B的輸出端各自獨立連接優化器的電力轉換電路300的輸入端，這兩個輸入端分別對應電力轉換電路300的兩個支路。該電力轉換電路300的輸入側分為A路和B路兩個支路(下半部分為A路，上半部分為B路)，分別與第一光伏組件A和第二光伏組件B相連接。
[0070]其中，該A路包括:第一輸入電容Cinl、第一開關管Ql和第一二極體Dl。第一輸入電容Cinl並聯於第一正輸入端PVl+和第一負輸入端PVl-之間,該第一負輸入端PVl-與該電力轉換電路300的負輸出端OUT-相連接並共同接地。第一開關管Ql可為NMOS管，其漏極端與該第一正輸入端PVl+相連接，其柵極端與第一驅動信號Drivel相連接。第一二極體Dl的正極端與該第一負輸入端PVl-相連接，其負極端與該第一開關管Ql的源極端相連接。
[0071]該B路包括:第二輸入電容Cin2、第二開關管Q2和第二二極體D2。第二輸入電容Cin2並聯於第二正輸入端PV2+和第二負輸入端PV2-之間，該第二正輸入端PV2+與該電力轉換電路300的正輸出端OUT+相連接。第二開關管Q2可以為NMOS管，其源極端與該第二負輸入端PV2-相連接，其柵極端與第二驅動信號Drive2相連接。第二二極體D2的正極端與該第二開關管Q2的漏極端相連接，其負極端與該第二正輸入端PV2+相連接。另外，該電力轉換電路300還包括:電感L和輸出電容Cout。電感L的一端與該第一開關管Ql的源極端相連接，其另一端與該第二開關管Q2的漏極端相連接。輸出電容Cout並聯於該正輸出端OUT+和該負輸出端OUT-之間。
[0072]由此可見，A路的第一正輸入端PVl+和B路的第二負輸入端PV2-僅通過I個電感L連接。和現有技術的圖2相比，本實施例中只有一個電感L，而不是兩個LI和L2。另夕卜，輸出電容也只有I個輸出電容Cout，而不是兩個Coutl和Cout2。
[0073]在本實施例中，分別用於驅動該第一開關管Ql和該第二開關管Q2的該第一驅動信號Drivel和該第二驅動信號Drive2相互交錯,而不是同步。
[0074]本發明做了第一驅動信號Drivel和第二驅動信號Drive2為同步和為交錯的仿真，獲得了優化器的輸出電壓Vout和輸出電流1ut以及電感L上的電壓VL和電流IL，圖4a至圖6b分別顯示了仿真波形的結果。
[0075]其中，圖4a為第一驅動信號和第二驅動信號的佔空比都為0.5的仿真波形，兩者為同步；圖4b為第一驅動信號和第二驅動信號的佔空比都為0.5的仿真波形，兩者為交錯。圖5a為第一驅動信號和第二驅動信號的佔空比都為0.3的仿真波形，兩者為同步；圖5b為第一驅動信號和第二驅動信號的佔空比都為0.3的仿真波形，兩者為交錯。圖6a為第一驅動信號和第二驅動信號的佔空比都為0.7的仿真波形，兩者為同步；圖6b為第一驅動信號和第二驅動信號的佔空比都為0.7的仿真波形，兩者為交錯。
[0076]圖7為圖4a至圖6b所示實施例的光伏系統的雙組件優化器的電力轉換電路的第一驅動信號和第二驅動信號的佔空比分別都為0.3,0.5和0.7獲得的仿真結果的總結列表。圖7中總結了這些仿真結果波形裡的每個參數。對電感L上的電壓VL和電流IL採用峰峰值，以便於比較。很明顯，採用交錯驅動信號和同步信號能獲得幾乎相同的輸出電壓和輸出電流，但是電感L的電壓VL和電流IL區別很大。對於佔空比為0.3,0.5和0.7這三種情況，交錯驅動的電壓和電流的峰峰值都大大小於同步驅動的情況。這樣電感L的設計要求便大大降低，也就是降低了成本。同時電感L上的功耗也大大降低，提高了優化器的整體轉換效率。
[0077]在本發明中，圖3中的該電力轉換電路300以降壓式變換電路(BUCK電路)為例，但也可以使用具備類似功能的其他電路。
[0078]本發明提出了一種分布式光伏系統的雙組件優化器及其電力轉換電路，可連接兩個光伏組件，而同時保持每個光伏組件的最大功率點跟蹤(MPPT)功能、檢測和保護關斷。通過採用共用的電感和電容，以降低成本。
[0079]另外，本發明優選採用交錯的驅動信號，減小了電感上的電壓和電流紋波，降低了電感的參數要求，也降低了功耗，提高了優化器的整體轉換效率。
[0080]本發明雖然以較佳實施例公開如上，但其並不是用來限定本發明，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，都可以做出可能的變動和修改。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何修改、等同變化及修飾，均落入本發明權利要求所界定的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種光伏系統的優化器的電力轉換電路(300),所述電力轉換電路(300)的輸入側分為A路和B路兩個支路，分別與第一光伏組件(A)和第二光伏組件(B)相連接； 所述A路包括: 第一輸入電容(Cinl),並聯於第一正輸入端(PVl+)和第一負輸入端(PV1-)之間,所述第一負輸入端(PV1-)與所述電力轉換電路(300)的負輸出端(OUT-)相連接並共同接地；第一開關管(Ql)，其漏極端與所述第一正輸入端(PVl+)相連接，其柵極端與第一驅動信號(Drivel)相連接；以及 第一二極體(Dl)，其正極端與所述第一負輸入端(PV1-)相連接，其負極端與所述第一開關管(Ql)的源極端相連接； 所述B路包括: 第二輸入電容(Cin2)，並聯於第二正輸入端(PV2+)和第二負輸入端(PV2-)之間，所述第二正輸入端(PV2+)與所述電力轉換電路(300)的正輸出端(OUT+)相連接； 第二開關管(Q2)，其源極端與所述第二負輸入端(PV2-)相連接，其柵極端與第二驅動信號(Drive2)相連接；以及 第二二極體(D2)，其正極端與所述第二開關管(Q2)的漏極端相連接，其負極端與所述第二正輸入端(PV2+)相連接； 所述電力轉換電路(300)還包括: 電感(L)，其一端與所述第一開關管(Ql)的源極端相連接，其另一端與所述第二開關管(Q2)的漏極端相連接；以及 輸出電容(Cout)，並聯於所述正輸出端(OUT+)和所述負輸出端(0UT-)之間。
2.根據權利要求1所述的優化器的電力轉換電路(300)，其特徵在於，所述第一開關管(Ql)和/或所述第二開關管(Q2)為NMOS管。
3.根據權利要求2所述的優化器的電力轉換電路(300)，其特徵在於，所述第一驅動信號(Drivel)和所述第二驅動信號(Drive2)相互交錯。
4.根據權利要求3所述的優化器的電力轉換電路(300)，其特徵在於，所述電力轉換電路(300)為降壓式變換電路。
5.一種光伏系統的優化器，包括電力轉換電路(300),所述電力轉換電路(300)的輸入側分為A路和B路兩個支路，分別與第一光伏組件(A)和第二光伏組件(B)相連接； 所述A路包括: 第一輸入電容(Cinl),並聯於第一正輸入端(PVl+)和第一負輸入端(PV1-)之間,所述第一負輸入端(PV1-)與所述電力轉換電路(300)的負輸出端(0UT-)相連接並共同接地；第一開關管(Ql)，其漏極端與所述第一正輸入端(PVl+)相連接，其柵極端與第一驅動信號(Drivel)相連接；以及 第一二極體(Dl)，其正極端與所述第一負輸入端(PV1-)相連接，其負極端與所述第一開關管(Ql)的源極端相連接； 所述B路包括: 第二輸入電容(Cin2)，並聯於第二正輸入端(PV2+)和第二負輸入端(PV2-)之間，所述第二正輸入端(PV2+)與所述電力轉換電路(300)的正輸出端(OUT+)相連接； 第二開關管(Q2)，其源極端與所述第二負輸入端(PV2-)相連接，其柵極端與第二驅動信號(Drive2)相連接；以及 第二二極體(D2)，其正極端與所述第二開關管(Q2)的漏極端相連接，其負極端與所述第二正輸入端(PV2+)相連接； 所述電力轉換電路(300)還包括: 電感(L)，其一端與所述第一開關管(Ql)的源極端相連接，其另一端與所述第二開關管(Q2)的漏極端相連接；以及 輸出電容(Cout)，並聯於所述正輸出端(OUT+)和所述負輸出端(0UT-)之間。
6.根據權利要求5所述的光伏系統的優化器，其特徵在於，所述第一開關管(Ql)和/或所述第二開關管(Q2)為NMOS管。
7.根據權利要求6所述的光伏系統的優化器，其特徵在於，所述第一驅動信號(Drivel)和所述第二驅動信號(Drive2)相互交錯。
8.根據權利要求7所述的光伏系統的優化器，其特徵在於，所述電力轉換電路(300)為降壓式變換電路。
【文檔編號】H02M3/155GK104201885SQ201410468779
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月15日 優先權日:2014年9月15日
【發明者】羅宇浩, 鄧祥純 申請人:浙江昱能科技有限公司