專利名稱：最大化光伏分布式電力系統(tǒng)中的功率的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
所提出的示例性特征涉及包括多個(gè)光伏串的光伏發(fā)電系統(tǒng)，且更具體地涉及用于使每個(gè)光伏串中的功率最大化的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
參照?qǐng)D1，其示出了根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)的光伏發(fā)電系統(tǒng)10。光伏串109包括串聯(lián)連接的光伏板101。光伏串109可被并聯(lián)連接，以供應(yīng)并行的直流(DC)功率輸出端。并行的DC功率輸出端連接到直流(DC)到交流(AC)逆變器103的輸入端。逆變器103的AC功率輸出端跨接于AC負(fù)載105。AC負(fù)載105可以是例如AC電動(dòng)機(jī)的AC負(fù)載，或者可以是電力網(wǎng)。借助簡(jiǎn)化的數(shù)值實(shí)例，三個(gè)串109可與逆變器103 —起使用。如果兩個(gè)串109被相同地照射，使得每個(gè)串在600伏(V)的串電壓和10安培(A)的串電流下工作；兩個(gè)串中的每一個(gè)發(fā)電(10A*600V)6千瓦(kW)。還假定，兩個(gè)被相同地照射的串109可以工作在最大功率處。然而，如果一個(gè)串109被部分地遮蔽或者如果一個(gè)或多個(gè)板101運(yùn)行欠佳，則仍然可以有如由其它兩個(gè)被相同地照射的串109設(shè)定的600V的串電壓，然而，在一個(gè)運(yùn)行欠佳的串109中的串電流可能僅僅只是6安培。所述運(yùn)行欠佳的串109未工作在最大功率點(diǎn)。例如，可能的是運(yùn)行欠佳·的串109具有對(duì)于10安培的電流的550伏的最大功率點(diǎn)。在這種情況下，由運(yùn)行欠佳的串109損耗的功率為1.9kff(550V*10A-600V *6A)0因此，運(yùn)行欠佳的串109發(fā)電3.6kff (600V.6A)。因此，從系統(tǒng)10中收集的總功率為15.6kff (3.6kff+2.6kW)?，F(xiàn)參照?qǐng)D2，其示出了根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)的另一發(fā)電系統(tǒng)20，其根據(jù)國(guó)際專利申請(qǐng)公布TO2010002960。系統(tǒng)20的目的在于與系統(tǒng)10的損耗相比減少功率損耗。每個(gè)光伏串109包括串聯(lián)連接的光伏板101。每個(gè)光伏串109被并聯(lián)連接到DC-DC轉(zhuǎn)換器205的輸入端。轉(zhuǎn)換器205的輸出端連接到DC母線211。由光伏串109產(chǎn)生的DC電壓被轉(zhuǎn)換器205轉(zhuǎn)換為DC母線211的電壓。每個(gè)光伏串109連同相應(yīng)的DC-DC轉(zhuǎn)換器205 —起形成光伏串模塊207。具有來自相應(yīng)的DC-DC轉(zhuǎn)換器205的輸出端的多個(gè)模塊207可被并聯(lián)連接到DC母線211。模塊207的并聯(lián)組合的輸出端還可通過DC母線211連接到直流(DC)到交流(AC)逆變器103的輸入端。逆變器103在逆變器103的輸出端將模塊207的組合的DC功率輸出轉(zhuǎn)換為交流功率。逆變器103的輸出端連接到AC負(fù)載105。仍然參照?qǐng)D2，使用與系統(tǒng)10 (圖1)中相同的數(shù)值實(shí)例，三個(gè)模塊207可與逆變器103—起使用。兩個(gè)串109可被相同地照射，使得兩個(gè)串中的每個(gè)串在600伏的串電壓和10安培的串電流下工作。兩個(gè)串中的每一個(gè)都發(fā)電(10安培* 600伏)或6千瓦。如果剩余的一個(gè)串109運(yùn)行欠佳，則對(duì)于運(yùn)行欠佳的串109可以有550伏和10安培的電流的最大功率點(diǎn)。每個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器205可被配置為使每個(gè)相應(yīng)的輸出端上的功率最大化，以在DC母線211上供應(yīng)600伏。兩個(gè)被相同地照射的模塊207各自發(fā)電6kW (10安培*600伏)，且運(yùn)行欠佳的單元207發(fā)電5.5kff (10安培 550伏特)。這提供了從系統(tǒng)20收集的17.5kW的總功率。可以看出，從最小化的損耗和增加的收集功率方面來說，系統(tǒng)20比系統(tǒng)10提高了 1.9kW。該提高已通過多個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器205實(shí)現(xiàn)，該多個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器205工作在約6kW的瓦數(shù)級(jí)別。發(fā)電系統(tǒng)中的高功率DC-DC轉(zhuǎn)換器205可增加發(fā)電系統(tǒng)的安裝和維護(hù)成本，并可呈現(xiàn)發(fā)電系統(tǒng)的總體下降的可靠性水平，因?yàn)镈C-DC轉(zhuǎn)換器205工作在高瓦數(shù)級(jí)別。術(shù)語“監(jiān)測(cè)”、“感應(yīng)”和“測(cè)量”在本文中可交換地使用。術(shù)語“電力網(wǎng)”和“電網(wǎng)”在本文中可交換地使用，并且指的是由供電公司提供的交流(AC)功率源。如本文中所使用的術(shù)語“轉(zhuǎn)換器”適用于DC-DC轉(zhuǎn)換器、AC-DC轉(zhuǎn)換器、DC-AC逆變器、降壓轉(zhuǎn)換器、升壓轉(zhuǎn)換器、降壓-升壓轉(zhuǎn)換器、全橋轉(zhuǎn)換器和半橋轉(zhuǎn)換器或在本領(lǐng)域中已知的用于功率轉(zhuǎn)換/逆變的任何其它電路。如本文中所使用的術(shù)語“DC負(fù)載”適用于轉(zhuǎn)換器、電池、DC電動(dòng)機(jī)或DC發(fā)電機(jī)的DC輸入端。如本文中所使用的術(shù)語“AC負(fù)載”適用于轉(zhuǎn)換器、變壓器、AC電動(dòng)機(jī)或AC發(fā)電機(jī)的AC輸入端
發(fā)明內(nèi)容
可提供各種發(fā)電系統(tǒng)，其包括多個(gè)并聯(lián)連接的光伏串，每個(gè)光伏串包括串聯(lián)連接的光伏板。多個(gè)電壓補(bǔ)償電路可分別與光伏串串聯(lián)連接。電壓補(bǔ)償電路可被配置成將相應(yīng)的補(bǔ)償電壓提供給光伏串，以使從光伏串收集的功率最大化。電壓補(bǔ)償電路可包括相應(yīng)的輸入端和相應(yīng)的輸出端，所述相應(yīng)的輸入端可被連接到電力源，所述相應(yīng)的輸出端可與光伏串串聯(lián)連接。電壓補(bǔ)償電路可以是其中電力源是AC電力源的交流(AC)到直流(DC)轉(zhuǎn)換器或者其中電力源是DC電力源的DC-DC轉(zhuǎn)換器。電力源可由電力網(wǎng)提供。發(fā)電系統(tǒng)還可包括附接到并聯(lián)連接的光伏串的直流功率輸出端。電壓補(bǔ)償電路可包括連接到所述直流功率輸出端的源功率輸入端。發(fā)電系統(tǒng)還可包括附接到并聯(lián)連接的光伏串的直流電力輸出端以及包括附接到直流電力輸出端的DC電力輸入端的逆變器。逆變器優(yōu)選包括AC電力輸出端。逆變器可被配置為將由并聯(lián)連接的光伏串產(chǎn)生的直流電力在AC電力輸出端逆變成交流電力。電壓補(bǔ)償電路可包括來自AC電力輸出端的源電力輸入端。發(fā)電系統(tǒng)可包括中央控制器，該中央控制器可操作地附接到電壓補(bǔ)償電路。中央控制器可適合于通過跟蹤從所有并聯(lián)連接的光伏串產(chǎn)生的最大電力來控制補(bǔ)償電壓。功率傳感器可被連接到直流電力輸出端和中央控制器。功率傳感器可適合于感測(cè)直流電力輸出中的功率并將感測(cè)到的功率報(bào)告給中央控制器。中央控制器可基于感測(cè)到的功率控制補(bǔ)償電壓，以使來自所有并聯(lián)連接的光伏串的功率最大化。可選地，除了由串聯(lián)連接的光伏板提供的電壓之外，電壓補(bǔ)償電路可被配置為提供光伏串中的補(bǔ)償電壓。發(fā)電系統(tǒng)還可包括可操作地分別連接到電壓補(bǔ)償電路的多個(gè)傳感器。該傳感器可適合于測(cè)量光伏串的電路參數(shù)。電壓補(bǔ)償電路可適合于基于至少一個(gè)電路參數(shù)來提供補(bǔ)償電壓，以使光伏串中的功率最大化。電路參數(shù)可包括在光伏串中流動(dòng)的各個(gè)電流。所述至少一個(gè)電路參數(shù)可包括光伏串的各個(gè)電壓。
根據(jù)所提出的特征，提供了一種發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括光伏串和電壓補(bǔ)償電路，所述光伏串包含串聯(lián)連接的光伏板，電壓補(bǔ)償電路與該光伏串串聯(lián)連接。電壓補(bǔ)償電路可被配置為將補(bǔ)償電壓提供給所述串，以使從光伏串中收集的功率最大化。電壓補(bǔ)償電路可包括可連接到電力源的輸入端和可與光伏串串聯(lián)連接的輸出端。發(fā)電系統(tǒng)還可包括附接到光伏串的直流電力輸出端。電壓補(bǔ)償電路包括DC-DC轉(zhuǎn)換器，其源電力輸入端連接到直流電力輸出端。電壓補(bǔ)償電路可具有AC-DC轉(zhuǎn)換器，該AC-DC轉(zhuǎn)換器具有從AC電力源提供電力的交流(AC)源輸入端。AC-DC轉(zhuǎn)換器還包括與光伏串串聯(lián)連接的DC輸出端。直流電力輸出端被附接到光伏串，且具有DC逆變器輸入端的逆變器被連接到直流電力輸出端。AC-DC轉(zhuǎn)換器可以在AC源輸入端連接到或電力網(wǎng)或逆變器的AC輸出端。根據(jù)所提出的特征，提供了一種在包括光伏串的發(fā)電系統(tǒng)中的方法。光伏串可包括串聯(lián)連接的光伏板。該方法串聯(lián)連接光伏串內(nèi)的電壓補(bǔ)償電路。電路參數(shù)可以在光伏串內(nèi)被監(jiān)測(cè)。電壓補(bǔ)償電路的補(bǔ)償電壓可基于所述監(jiān)測(cè)被配置。補(bǔ)償電壓可在光伏串內(nèi)被串聯(lián)添加，從而使從光伏串中收集的功率最大化。DC負(fù)載可附接到光伏串。電壓補(bǔ)償電路的輸入端可被連接到或AC電力源或DC電力源。電路參數(shù)可包括由光伏串產(chǎn)生的電流、光伏串兩端的電壓或由光伏串廣生的功率。


在本文中，本發(fā)明僅通過實(shí)例、參照附圖被描述，在附圖中:圖1示出了根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)的光伏發(fā)電系統(tǒng)。圖2示出了根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)的另一光伏發(fā)電系統(tǒng)。
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圖3a示出了根據(jù)本發(fā)明的特征的發(fā)電系統(tǒng)。圖3b示出了根據(jù)本發(fā)明的另一特征的發(fā)電系統(tǒng)。圖3c示出了根據(jù)本發(fā)明的特征的在圖3a和圖3b中示出的電壓補(bǔ)償電路的更多細(xì)節(jié)。圖3d示出了根據(jù)本發(fā)明的另一特征的在圖3a和圖3b中示出的電壓補(bǔ)償電路的實(shí)施方式。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的特征的一種適用于在圖3a和圖3b中示出的發(fā)電系統(tǒng)的方法。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將詳細(xì)參照本發(fā)明的特征，本發(fā)明的特征的實(shí)例在附圖中示出，在附圖中，相同的參考標(biāo)號(hào)始終指的是相同的元件。所述特征被描述如下，以通過參照附圖來解釋本發(fā)明。在詳細(xì)解釋本發(fā)明的特征之前，應(yīng)理解，本發(fā)明在其應(yīng)用中不限于在如下描述中陳述或在附圖中示出的組件的設(shè)計(jì)和布置的細(xì)節(jié)。本發(fā)明能夠具有其它特征，或者能夠以各種方式被實(shí)踐或執(zhí)行。此外，應(yīng)理解，本文中所采用的措辭和術(shù)語是用于描述的目的，而不應(yīng)被視為限制性的。應(yīng)注意，雖然本文中的討論主要涉及光伏系統(tǒng)，但是通過非限制性實(shí)例，本發(fā)明可以可選地使用其它分布式電力系統(tǒng)被配置，所述其它分布式電力系統(tǒng)包括(但不限于)風(fēng)力渦輪機(jī)、水力渦輪機(jī)、燃料電池、例如電池的存儲(chǔ)系統(tǒng)、超導(dǎo)飛輪和電容器，和機(jī)械裝置，所述機(jī)械裝置包括傳統(tǒng)和可變速度的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)鉁u輪機(jī)和微型渦輪機(jī)。通過介紹，本發(fā)明的特征旨在在并聯(lián)連接的光伏串的發(fā)電系統(tǒng)中使來自運(yùn)行欠佳的或部分地被遮蔽的光伏串的輸出功率最大化。所述特征可提供最大的系統(tǒng)總功率輸出和減少的系統(tǒng)安裝和維護(hù)成本。所述特征還可提供增大的系統(tǒng)可靠性，這歸因于與在傳統(tǒng)的系統(tǒng)20中使用的DC-DC轉(zhuǎn)換器205相比，添加到光伏串中的每一個(gè)的切換轉(zhuǎn)換器的更低的功率工作水平?，F(xiàn)參照?qǐng)D3a，其示出了根據(jù)本發(fā)明的特征的發(fā)電系統(tǒng)30a。多個(gè)光伏板101被串聯(lián)連接，以形成光伏串109。串109與電壓補(bǔ)償電路307串聯(lián)連接，以提供補(bǔ)償?shù)拇?15。源電壓(Vs)可被輸入到電壓補(bǔ)償電路307。多個(gè)補(bǔ)償?shù)拇?15可被并聯(lián)連接在一起，以供應(yīng)直流(DC)電力輸出端211?？刹僮鞯剡B接到中央控制器313的功率傳感器370測(cè)量DC輸出端211上的功率。DC電力輸出端211被連接到DC到交流(AC)逆變器103的輸入端。逆變器103將串315的組合的DC電力輸出端211在逆變器103的輸出端轉(zhuǎn)換為交流電力。逆變器103的輸出端連接到AC負(fù)載105。中央控制器313可通過如所示的雙向控制及通信線、通過無線通信或通過在DC母線211中的電力線通信可操作地附接到每個(gè)電壓補(bǔ)償電路307。中央控制器313可包括具有板上存儲(chǔ)器和接口的微處理器，微處理器可包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)。現(xiàn)參照?qǐng)D3b，其示出了根據(jù)·本發(fā)明的另一特征的發(fā)電系統(tǒng)30b。串109與電壓補(bǔ)償電路307串聯(lián)連接，以提供補(bǔ)償?shù)拇?15。源電壓(Vs)可被輸入到電壓補(bǔ)償電路307。多個(gè)補(bǔ)償?shù)拇?15可并聯(lián)連接在一起，以供應(yīng)直流(DC)電力輸出端211。DC電力輸出端211被連接到DC到交流(AC)逆變器103的輸入端。逆變器103將串315的組合的DC電力輸出端211在逆變器103的輸出端轉(zhuǎn)換為交流電力。逆變器103的輸出端連接到AC負(fù)載105。系統(tǒng)30a與系統(tǒng)30b相同，不同之處是系統(tǒng)30b不具有中央控制器313。作為替代，系統(tǒng)30b中的監(jiān)測(cè)和控制由各個(gè)電路307執(zhí)行，電路307可包括具有板上存儲(chǔ)器和接口的微處理器，該微處理器可包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)。每個(gè)電路307被可操作地附接到傳感器320、322和324。傳感器320和322可適合于感測(cè)光伏串109兩端的電壓以及串109中的電流。可選地，傳感器320和324可適合于感測(cè)補(bǔ)償?shù)拇?15兩端的電壓和串315中的電流。可選地，傳感器324和322可適合于感測(cè)電路307兩端的電壓(V。)以及貫穿電路307的電流?，F(xiàn)參照?qǐng)D3c，其示出了根據(jù)本發(fā)明的特征的在圖3a和圖3b中示出的電壓補(bǔ)償電路307的更多細(xì)節(jié)。電壓補(bǔ)償電路307可使用直流(DC)到DC轉(zhuǎn)換器307a來實(shí)現(xiàn)。DC-DC轉(zhuǎn)換器307a可以是降壓電路、升壓電路、降壓+升壓電路或開關(guān)式電源(SMPS)。DC-DC轉(zhuǎn)換器307的輸出端串聯(lián)連接在串315內(nèi)，以將補(bǔ)償電壓(V。)添加到串315。DC-DC轉(zhuǎn)換器307的DC源電壓輸入(Vs)可從串315的組合的DC輸出端或從串109提供。可選地，DC源電壓輸入(Vs)可由微逆變器提供或從其它獨(dú)立的DC電力源例如電池或DC發(fā)電機(jī)提供，該微逆變器轉(zhuǎn)換來自主電網(wǎng)的AC。如圖3c所示的電路307是傳統(tǒng)的降壓-升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器電路，該電路具有輸入電壓\，同時(shí)具有并聯(lián)連接在\兩端的輸入電容器q。兩個(gè)開關(guān)可被實(shí)現(xiàn)為具有集成的二極管的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET):通過將Q1的源極連接到Q2的漏極而串聯(lián)連接的高側(cè)降壓開關(guān)Q1和低側(cè)降壓開關(guān)Q2。Q1的漏極和Q2的源極可并聯(lián)連接在輸入電容器C1兩端。節(jié)點(diǎn)A在開關(guān)Q1和Q2之間形成，電感器L的一端連接到節(jié)點(diǎn)A。電感器L的另一端在節(jié)點(diǎn)B處連接到降壓-升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器307的升壓電路。節(jié)點(diǎn)B連接實(shí)現(xiàn)為場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)的兩個(gè)開關(guān):串聯(lián)在一起的高側(cè)升壓開關(guān)Q4和低側(cè)升壓開關(guān)Q3，其中Q4的源極連接到Q3的漏極，以形成節(jié)點(diǎn)B。Q4的漏極和Q3的源極連接在輸出電容器C2兩端，以產(chǎn)生降壓-升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器307的輸出電壓\?，F(xiàn)參照?qǐng)D3d，其示出了根據(jù)本發(fā)明的另一特征的圖3a和3b所示的電路307的實(shí)施方式。電壓補(bǔ)償電路307可使用交流(AC)到DC逆變器來實(shí)現(xiàn)。AC到DC逆變器307b可以是一種類型的開關(guān)式電源(SMPS)。當(dāng)電壓補(bǔ)償電路307是AC到DC轉(zhuǎn)換器307b時(shí)，AC到DC轉(zhuǎn)換器的DC輸出端串聯(lián)連接在串315內(nèi)。AC到DC轉(zhuǎn)換器的AC輸入(Vs)可從主電網(wǎng)、從逆變器103的AC輸出端或由另一獨(dú)立的AC電力源提供?，F(xiàn)參照?qǐng)D4，其示出了根據(jù)本發(fā)明的特征的可被應(yīng)用于圖3b所示的發(fā)電系統(tǒng)30b的方法400。在步驟402中，電路307的輸出電壓(Vc)與串聯(lián)連接的板101用導(dǎo)線串聯(lián)連接，以形成補(bǔ)償?shù)拇?15。電路307的輸入電壓(Vs)可以來自直流(DC)輸出端211、逆變器103的交流(AC)輸出端或分開的獨(dú)立的AC或DC供電。然后，幾個(gè)補(bǔ)償?shù)拇?15輸出端可被并聯(lián)連接，并進(jìn)一步連接到逆變器103的輸入端，如圖3b所示。在步驟404中，每個(gè)并聯(lián)連接的串315的電路參數(shù)在系統(tǒng)30b的情況中被監(jiān)測(cè)。該電路參數(shù)可以是在串315中流動(dòng)的電流、串315兩端的電壓、光伏串109的電壓和/或電路307兩端的電壓(Vc)。串315中的電流和電壓可被用于根據(jù)功率等于電壓(V)乘以電流(I)確定串315或光伏串109中的功率(P)。 在判定塊406中，存儲(chǔ)在電路307中的控制算法調(diào)整補(bǔ)償電壓V。，以使串315的輸出功率最大化。在步驟408中，用于串315的補(bǔ)償電壓V。基于在步驟404和406中執(zhí)行的控制算法的結(jié)果被配置。在步驟408中，相對(duì)于串109的電壓極性，用于串315的補(bǔ)償電壓Vc可以是正或負(fù)的電壓極性。在步驟410中，補(bǔ)償電壓Vc被添加到串315。在^為正電壓的情況下，串315的電壓可在步驟408中被增加。在V。為負(fù)電壓的情況下，串315的電壓可在步驟408中被減小。仍參照?qǐng)D4。方法400還可被應(yīng)用于使用了中央控制器313的系統(tǒng)30a (圖3a)。在系統(tǒng)30a的情況下，在步驟404中，中央控制器監(jiān)測(cè)或計(jì)算來自系統(tǒng)30a的凈總功率。來自系統(tǒng)30a的凈總功率等于從由串109產(chǎn)生的功率中減去由補(bǔ)償電路307添加的功率。當(dāng)電壓(Vs)以及因此電路307的輸入端的功率從DC母線211或逆變器103的輸出端中獲得以供應(yīng)補(bǔ)償電壓(Vc)時(shí)，來自系統(tǒng)30a的凈總功率可直接通過監(jiān)測(cè)(步驟404)DC母線211上的功率來獲得。當(dāng)電壓(Vs)以及因此電路307的輸入端的功率從獨(dú)立的DC源或AC源例如主供給獲得以供應(yīng)補(bǔ)償電壓(V。)時(shí)，來自系統(tǒng)30a的凈總功率可通過從在DC母線211上監(jiān)測(cè)到的功率(步驟404)中減去由補(bǔ)償電路307添加的功率來獲得。在判定塊406中，所有串315的補(bǔ)償電壓V?？杀徽{(diào)整，以使來自系統(tǒng)30a的凈總功率最大化。在步驟408中，用于串315的補(bǔ)償電壓V。基于在步驟404和406中執(zhí)行的控制算法的結(jié)果被配置。在步驟410中，補(bǔ)償電壓V。被添加到串315。在系統(tǒng)30a或30b經(jīng)過一段時(shí)間的持續(xù)使用期間，在串315中串聯(lián)連接的板101的數(shù)量和類型可以改變，一些板可能發(fā)生故障和/或運(yùn)行在電流旁路模式下，或者板可以被具有不同電特性的板替換。在這些情況下，控制算法通過將補(bǔ)償電壓添加到每個(gè)串315來將串315保持在其最大功率點(diǎn)(MPP)處，以保持來自每個(gè)串315的最大功率。當(dāng)所有串109被發(fā)現(xiàn)正運(yùn)行在最大功率輸出水平及最大功率點(diǎn)時(shí)，可以不需要電壓補(bǔ)償V。，且添加到串315的電壓補(bǔ)償V。在零伏處或接近零伏。關(guān)于兩個(gè)系統(tǒng)30a和30b。在步驟404和406中執(zhí)行的控制算法的每次迭代中，可能的是，從每個(gè)串315中的所有補(bǔ)償電壓(V。)中減去最小補(bǔ)償電壓V。。減去最小補(bǔ)償電壓V。可防止補(bǔ)償電壓(V。)中的漂移無原因地過高?？蛇x地，可能的是，將補(bǔ)償電壓(V。)約束到一個(gè)水平，該水平將把串315的總電壓優(yōu)化為對(duì)逆變器103的輸入端來說是最優(yōu)的，從而增加逆變器103的轉(zhuǎn)換效率。關(guān)于方法400和系統(tǒng)30a或30b的這些特征可以借助相同的數(shù)值實(shí)例與傳統(tǒng)的系統(tǒng)20 (圖2)比較，在系統(tǒng)30a或30b中，三個(gè)補(bǔ)償?shù)拇?15被使用。僅僅為了數(shù)值實(shí)例的目的，可假定三個(gè)補(bǔ)償?shù)拇?15被電路307補(bǔ)償，電路307可以是從電網(wǎng)供電的AC到DC轉(zhuǎn)換器。因此，電路307接收并轉(zhuǎn)換電壓(Vs)以及因此來自電網(wǎng)的電力。如果兩個(gè)串109被相同地照射，使得每個(gè)串在600伏的串電壓和10安培的串電流的條件下工作，兩個(gè)串中的每一個(gè)發(fā)電(10安培.600伏)6千瓦。如果一個(gè)運(yùn)行欠佳的串109被部分地遮蔽或如果板101被移除或繞過，則可能有550伏的串電壓和10安培的電流，這意味著可以由運(yùn)行欠佳的串109產(chǎn)生(10安培.550伏)5.5千瓦。只有當(dāng)運(yùn)行欠佳的串109可以工作在最大功率點(diǎn)(MPP)時(shí)，最大功率5.5千瓦才可以由運(yùn)行欠佳的串109產(chǎn)生。運(yùn)行欠佳的串109的電壓補(bǔ)償電路307可由控制器313配置(步驟408)成添加與運(yùn)行欠佳的串109串聯(lián)的50伏(Vc)，同時(shí)保持10安培的電流(步驟410)。通過使用電壓補(bǔ)償電路307添加50伏也將串315電壓保持在了用于運(yùn)行欠佳的串109的600伏。增加串315的電壓允許所述一個(gè)運(yùn)行欠佳的·串109工作在MPP，并且當(dāng)與其它兩個(gè)串315中的每一個(gè)的6千瓦相比時(shí)還需要額外的(10安培.50伏)500瓦。系統(tǒng)30a或30b的總功率輸出為18千瓦，從兩個(gè)串109提供12千瓦(2.6千瓦)、運(yùn)行欠佳的補(bǔ)償?shù)拇?09提供5.5千瓦以及電網(wǎng)通過電路307提供500瓦(50伏.10安培)。從3個(gè)串315提供的功率因此在17.5千瓦(2.6千瓦+5.5千瓦)，可與系統(tǒng)20相同。與系統(tǒng)20相比，系統(tǒng)30的益處是，與系統(tǒng)20中使用的6_10kW的切換轉(zhuǎn)換器相t匕，可以需要500W-lkW的切換轉(zhuǎn)換器307。與系統(tǒng)20相比，在額定功率上的差異可代表在系統(tǒng)30的成本和可靠性上的巨大改進(jìn)。在本文中使用了不定冠詞“一個(gè)”(a)、“一個(gè)”(an)，例如，“一個(gè)(a)串”、“一個(gè)Ca)電壓補(bǔ)償電路”具有“一個(gè)或多個(gè)”的意思，即“一個(gè)或多個(gè)串”或“一個(gè)或多個(gè)電壓補(bǔ)
償電路”。雖然本發(fā)明的所選特征已被示出和描述，但應(yīng)理解，本發(fā)明不限于所描述的特征。相反，應(yīng)理解，可對(duì)這些特征做出改變而不脫離本發(fā)明的原理和精神，本發(fā)明的范圍由其權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，包括: 光伏串，其包括串聯(lián)連接的光伏電池；以及 電壓補(bǔ)償電路，其與所述光伏串串聯(lián)連接以形成補(bǔ)償?shù)拇渲兴鲭妷貉a(bǔ)償電路包括連接到電力源的輸入端，所述電力源與由所述光伏串內(nèi)的所述光伏電池提供的電壓無關(guān)，其中所述電壓補(bǔ)償電路被配置成將可調(diào)補(bǔ)償電壓提供給所述光伏串，使得總電壓維持預(yù)定值，其中所述總電壓包括與由所述光伏串內(nèi)的所述光伏電池所產(chǎn)生的光伏串電壓串聯(lián)的所述可調(diào)補(bǔ)償電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述電壓補(bǔ)償電路提供所述可調(diào)補(bǔ)償電壓，以便最大化從所述光伏串中收集的功率。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括: 第二光伏串，其包括串聯(lián)連接的第二光伏電池；以及 第二電壓補(bǔ)償電路，其與所述第二光伏串串聯(lián)連接以形成第二補(bǔ)償?shù)拇?，其中所述第二電壓補(bǔ)償電路包括連接到第二電力源的第二輸入端，所述第二電力源與由所述第二光伏串內(nèi)的所述第二光伏電池提供的電壓無關(guān)，其中所述第二電壓補(bǔ)償電路被配置成將第二可調(diào)補(bǔ)償電壓提供給所述第二光伏串，使得第二總電壓維持第二預(yù)定值，其中所述總電壓包括與由所述第二光伏串內(nèi)的所述光伏電池所產(chǎn)生的第二光伏串電壓串聯(lián)的所述第二可調(diào)補(bǔ)償電壓。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述電力源和所述第二電力源相同。
5.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述補(bǔ)償?shù)拇妮敵龆撕退龅诙a(bǔ)償?shù)拇妮敵龆瞬⒙?lián)連接，且其中所述預(yù)定值和所述第二預(yù)定值相同。
6.如權(quán)利要求5所述的系 統(tǒng)，其中所述電力源和所述第二電力源相同并且包括并聯(lián)連接的所述補(bǔ)償?shù)拇乃鲚敵龆撕退龅诙a(bǔ)償?shù)拇乃鲚敵龆恕?br> 7.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，還包括: 電力轉(zhuǎn)換器，所述電力轉(zhuǎn)換器的輸入端附接到所述補(bǔ)償?shù)拇退龅诙a(bǔ)償?shù)拇牟⒙?lián)連接的輸出端；其中所述電力源和所述第二電力源從所述電力轉(zhuǎn)換器的輸出端被提供。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述電壓補(bǔ)償電路包括如下中的一個(gè): 交流(AC)到直流(DC)轉(zhuǎn)換器，其中所述電力源包括來自所述AC到DC轉(zhuǎn)換器的輸出端的AC電力；以及 DC-DC轉(zhuǎn)換器，其中所述電力源包括來自所述DC到DC轉(zhuǎn)換器的輸出端的DC電力。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述電力源由AC電力網(wǎng)提供。
10.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括: 傳感器，其可操作地連接到所述電壓補(bǔ)償電路，其中所述傳感器適合于測(cè)量所述光伏串的至少一個(gè)電路參數(shù)； 其中所述電壓補(bǔ)償電路適合于基于所述至少一個(gè)測(cè)得的電路參數(shù)調(diào)整所述可調(diào)補(bǔ)償電壓。
11.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)測(cè)得的電路參數(shù)包括在所述光伏串中流動(dòng)的電流。
12.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)測(cè)得的電路參數(shù)包括所述光伏串兩端的電壓。
13.—種從包括串聯(lián)連接的光伏電池的光伏串中收集功率的方法，所述方法包括: 在所述光伏串內(nèi)串聯(lián)連接電壓補(bǔ)償電路，所述電壓補(bǔ)償電路配置成從電力源提供可調(diào)補(bǔ)償電壓，所述電力源與由所述光伏串內(nèi)的所述光伏電池提供的電壓分開； 監(jiān)測(cè)所述光伏串內(nèi)的電路參數(shù)； 基于所述監(jiān)測(cè)來調(diào)整所述可調(diào)補(bǔ)償電壓；以及 在所述光伏串內(nèi)串聯(lián)地添加所述可調(diào)補(bǔ)償電壓。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述調(diào)整最大化從所述光伏串中收集的功率。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括: 從直流(DC)到DC轉(zhuǎn)換器的輸出端產(chǎn)生所述可調(diào)補(bǔ)償電壓，所述DC到DC轉(zhuǎn)換器在所述DC到DC轉(zhuǎn)換器的輸入端接收所 述電力源。
全文摘要
本發(fā)明公開了最大化光伏分布式電力系統(tǒng)中的功率的系統(tǒng)及方法。發(fā)電系統(tǒng)包括多個(gè)并聯(lián)連接的光伏串，每個(gè)光伏串包括串聯(lián)連接的光伏板。多個(gè)電壓補(bǔ)償電路可分別與光伏串串聯(lián)連接。電壓補(bǔ)償電路可被配置成將相應(yīng)的補(bǔ)償電壓提供給光伏串，以使從光伏串中收集的功率最大化。電壓補(bǔ)償電路可包括相應(yīng)的輸入端和相應(yīng)的輸出端，所述相應(yīng)的輸入端可被連接到電力源，所述相應(yīng)的輸出端可與光伏串串聯(lián)連接。
文檔編號(hào)H02J3/38GK103227475SQ20131003522
公開日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2013年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月30日
發(fā)明者伊蘭·約瑟考維奇 申請(qǐng)人:太陽能安吉科技有限公司