直流模块式光伏发电系统前级DCDC变换

第 ３０ 卷 第 ８ 期
陈 双等：直流模块式光伏发电系统前级 ＤＣ／ＤＣ 变换研究
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图 ２ 主 电 路 拓 扑 Ｆｉｇ．２ Ｍａｉｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｔｏｐｏｌｏｇｙ
当开关管 Ｓ导通时，反激变 压 器 Ｔ 原 边 电 感 储 存 能 量 ，流 过 电 感 的 电 流 线 性 上 升 ，此 时 负 载 仅
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
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。

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－ｍａｉｌ：ｓｈｅｎｓｈａｎｇ９００＠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－ｍａｉｌ：ｃｗｍ＠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 是 ［１］ 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 将 ［３］ 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。
第３０卷 第８期 ２ ０ １ ２ 年 ８ 月
文 章 编 号 ：１０００－７７０９（２０１２）０８－０１８４－０４
水 电 能 源 科 学 Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ
Ｖｏｌ．３０ Ｎｏ．８ Ａｕｇ．２ ０ １ ２
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
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．１ ＤＣ ｍｏｄｕｌｅ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ
一般 额 定 功 率 在 １００～３００ Ｗ 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 ４００ Ｖ 或 ２００ 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 ２０～５０ Ｖ ＤＣ；② 输 出 电 压 ４００Ｖ ＤＣ或２００Ｖ ＤＣ；③额定功率１００～３００ Ｗ。 １．２ 直 流 模 块 电 路
（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