独立光伏系统电力电子接口优化方案

独立光伏发电系统是由一个存储设备及其用于满足持续负载功率需求的控制器组成^[94]。当光伏板可提供的功率小于负载侧所需功率时，应由带有控制器的存储设备提供功率差额补充^[95]。当光伏板可提供的功率大于所需功率时，应用光伏板给负载供电，同时将多余的功率充入存储设备。

1.7.2.1 光伏/电池连接：类型1

图1.73所示为一个光伏板/电池连接拓扑结构。在这种拓扑结构中，电池和光伏板之间的DC-DC变换器用于捕捉来自光伏板的所有可用功率。电池组作为能量

图1.67 改进后GCC拓扑结构的升—降压级电感电压

图1.68 输入开关电流

图1.69 逆变器输入电压（DC-DC变换器的输出电压）

图1.70 逆变器输出电压

缓冲器，由光伏板充电，并通过DC-AC逆变器向负载侧放电。充电控制器根据光伏板在特定时间的MPP来决定电池的充电电流。当没有太阳光辐照时，DC-DC变换器不起作用，此时由电池内储存的电能来供给负载需求。

图1.71 多串逆变器电力电子接口拓扑结构

应选择电池规格，以使它可以在一个可能的非隔离期间来供应所有的电力需求。此外，它还可以在完全隔离期间充电储能，以备未来使用。由于组合模型产生的是交流电能，它应该被变换为交流电能来为民用电力负载供电。该系统需要一个DC-AC逆变器，它也可以用来匹配组合能源系统和不同的负载动态特性。

图1.72 三组串式逆变器电力电子接口拓扑结构

图1.73 光伏/电池连接——类型1

1.7.2.2 光伏/电池连接：类型2

在图1.74所示的连接拓扑结构中，电池组与光伏板输出并联，而不是级联连接。在这种并联中，电池母线侧的DC-DC变换器一直处于可用状态，因为它无论是在隔离还是在非隔离的条件下都应该工作。DC-AC逆变器和DC-DC变换器应该管理负载需求，并捕获来自光伏板的最大可用功率。与图1.74所示的连接相比，这种拓扑结构需要一个更为复杂的控制策略，因为它需要实现变换器的同步运行。

在充足的太阳光辐照下，DC-DC变换器应为电池充电。光伏板应该通过DC-AC逆变器为负载供电。在非隔离情况下，电池中储存的能量应该通过DC-DC变换器和DC-AC逆变器传输给负载。这种拓扑结构需要一个双向DC-DC变换器来实现电池的充电和放电。(www.xing528.com)

图1.74 光伏/电池连接——类型2

1.7.2.3 光伏/电池连接：类型3

图1.75所示为图1.74中拓扑结构的改进，其中电池位于逆变器和负载之间。

图1.75 光伏/电池连接——类型3

在这种拓扑结构中，电池组通过双向AC-DC变换器与交流母线相连接。在这种情况下，DC-AC逆变器应处理MPPT，并将来自光伏板的最大可用功率传输至负载侧。在无太阳能条件下，光伏板提供的功率应满足负载以及电池组充电的需求。在非隔离条件下，DC-AC逆变器应该不起作用，而且双向AC-DC变换器应该作为DC-AC逆变器来为负载持续供电。

1.7.2.4 光伏/电池连接：类型4

在图1.76中，光伏板和备用电池都配备了各自的DC-DC变换器，以此来保证控制的灵活性。DC-AC变换级用于为民用交流负载提供电源。光伏板的变换器需要一个单向电力变换器，而电池组的变换器则应该是一个双向变换器，用来满足电池组的充、放电需求。

图1.76 光伏/电池连接——类型4

1.7.2.5 光伏/电池连接：类型5

这种拓扑结构包含有光伏系统的多输入变换器。多输入DC-DC变换器特别适用于太阳能应用，因为它们不仅提供了直流输出，而且还配备了额外的储能设备。应该控制一个多输入DC-DC变换器，以至于它能够传输来自光伏板的最大可用功率。基于负载需求，可以调节电池的供电。

参考文献^[96]提出了一种多输入升—降压DC-DC变换器，这种解决方案不仅零部件更少，同时还维持了与不同电源的独立DC-DC变换器相同的能力。图1.77给出了它在光伏板和电池组方面的应用。

图1.77 光伏/电池连接——类型5

在图1.78所示的拓扑结构中，多输入变换器具有公共的电感、二极管和输出电容，而它为不同的电源提供了不同的输入电力电子开关，也就是所谓的变换器桥臂。一个常规升—降压变换器有一个负输出电压，并需要一个变压器以便在直流母线侧获得正输出电压。不过，图1.78所示的拓扑结构为多输入升—降压DC-DC变换器提供了一个正输出^[96-98]。

用于光伏/电池系统的多输入DC-DC变换器应该具备令光伏板工作在MPP的能力，并应控制电池组的充电/放电。在夜间和低太阳能隔离期间，应该将光伏板输入到变换器的桥臂禁用。与此同时，电池组侧的桥臂应该工作在升压模式下，以便将电能从电池传输至负载。在高太阳能隔离期间，至于电池充电状态和负载电力需求，两条桥臂都可以工作，将电能传输给负载侧。

图1.78 正输出多输入升—降压变换器