串联型集成光伏组件运行特性研究李建宜刘海明史旺旺摘要：在串联分布式光伏系统中，通常采用固定的限压或限流值进行保护，但当系统中多个组件均工作于限压或限流保护控制，会出现的功率不稳定的问题。为此提出了一种具备倾斜特性保护的集成光伏组件功率控制方法，保证了系统功率输出的稳定性。关键词：分布式光伏系统；倾斜特性；串联；稳定性DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.1550引言光伏发电系统通过最大功率点跟踪（maximumpowerpointtracking，MPPT）技术使其工作在最大功率点，提高了系统效率，降低了发电成本。常规光伏系统假设所有光伏组件的特性一致，因此整个光伏系统只有一个最大功率点，采用扰动观察法、电导增量法等MPPT方法容易实现最大功率点跟踪[1-3]。但光伏組件在实际运行中受老化、太阳光线被遮挡等因素的影响，光伏系统的功率特性表现为多峰，常规MPPT技术很难找到全局最优工作点。全局最大功率点跟踪技术还没有达到实用程度，这样组件功率特性不一致时仍然存在功率损失[4-5]。分布式MPPT技术在每个光伏组件输出端配置一个DC/DC控制器实现MPPT功能，也称为集成光伏组件较好地解决了上述问题[6-7]。这样每个光伏组件工作在最大功率点，DC/DC控制器的输出特性表现为恒功率特性。当恒功率的DC/DC的输出经串联后接入逆变器，如果总功率过大或母线电压偏低，会导致串联回路电流过大，此时应进行限流控制。如果采用恒定值限流而限流控制的DC/DC的电流采样存在误差时会导致串联组件的输出功率不稳定，从而影响系统的整体稳定性。本文提出了倾斜保护特性，消除了因采样干扰而引起的不稳定。1恒功率电源串联特性分析图1为串联型集成光伏组件发电系统结构图，图中光伏组件输出端与DC/DC变换器输入端相连，DC/DC变换器输出端与相邻DC/DC变换器输出端串联，实现DMPPT以及限压限流等保护功能，串联后的输出端接逆变器或直流负载。由图1可知，DC/DC控制器输出端串联，DC/DC控制器输出电流相等，串联运行的总电压为各DC/DC控制器输出电压之和，系统的总输出功率为各DC/DC控制器输出功率之和，DC/DC控制器输出电压与其输出功率成正比。集成光伏组件的输出电压、电流超过限定值时，系统会限压或限流保护。传统的恒定值限压限流保护的DC/DC控制器的输出V/I特性如图2。由图2可以看出，在串联系统或者并联系统中，若多个集成光伏组件控制器均工作在限压、限流状态下，则相应的光伏组件输出电流或电压大小处于不可控状态，从而导致光伏组件输出功率不可控，影响系统稳定性。为验证上述现象，在PSIM中搭建串联电路进行仿真。以两个集成光伏组件为例，组件1光照强度为800W/m2，组件2的光照强度为1000W/m2，母线初始电压为160V，1秒后母线电压变为80V，在1.35秒左右加入一个低频正弦扰动Iout=Iout0-5*sin（2*pi*40*t），扰动时间持续80个采样周期，设电流限定为3.2A。对电路进行仿真得到如图3所示，图中（a）为功率变化曲线，（b）为串联支路电流变化曲线，（c）为DC/DC控制器输出电压曲线，（d）为母线电压曲线。由图3知，当为160V时，串联支路电流为2.15A，组件均工作在最大功率点；当降为80V时，支路电流迅速上升并超过限流值3.2A，此时功率输出下降。在1.35秒时母线上采样电流收到短暂干扰，干扰引起电流环调节，此时DC/DC控制器输出端电压的发生改变，但总电压不变，DC/DC控制器输出功率发生改变，功率分配关系受干扰影响大而出现不稳定现象。2倾斜保护控制算法由上述分析可知，电流采样的干扰引起了功率的重新分配，此现象是恒值限流特性引起，为了使干扰消失后，功率分配能回到原来状态，本文研究了倾斜限压限流的特性。考虑倾斜限压限流串联电路V-I曲线如图4，倾斜特性曲线可表示为：其中是取值较小的限压曲线斜率，为DC/DC控制器输出电压额定值，与相差较小，y是限压设定值，x是串联支路电流值，是DC/DC控制器输出功率，当时，退出MPPT控制，而进入限压调节。其中为取值较大的倾斜限流曲线的斜率，数值与相差较小，y为限流值，x为DC/DC控制器输出电压值，为DC/DC控制器输出电流额定值，为第i个DC/DC控制器输出功率，当时，退出MPPT控制而进行限流控制。3仿真结果为测试...