一种具有惯性环节的链式级联全域自同步太阳能光伏发电控制装置，包括多个太阳能电池板超低压微源汲取硅单元升压电路、含储能低压同步整流升压电路、H桥叠波链式级联并网电路、并网控制单元、交流电压互感器和交流电流互感器。本发明采取低压微源汲取技术的硅单元并联拓扑结构，解决了单块光伏电池板内部硅单元串联过多带来的问题；采用了储能，使得光伏发电系统具有惯性环节，解决了光伏发电波动大对电网影响的问题；采用了链式级联叠波并网技术，无需逆变并网，解决了逆变器产生的谐波问题。因此，本发明具有整体发电效率高、光伏发电输出波动平缓、谐波小，发明意义重大。
1.一种具有惯性环节的链式级联全域自同步太阳能光伏发电控制装置，其特征在于该装置(1)包括：多个太阳能电池板超低压微源汲取硅单元升压电路(2)、含储能低压同步整流升压电路(3)、H桥叠波链式级联并网电路(4)、并网控制单元(5)、交流电压互感器(6)和交流电流互感器(7)；
每个太阳能电池板超低压微源汲取硅单元升压电路(2)包含3个串联的光伏电池单体(16)、第一升压电抗器(8)、第一功率管(9)、第二功率管(10)、第一输入滤波电容(11)、第一输出滤波电容(12)、电压传感器(13)、电流传感器(14)和MPPT控制器(15)，所述的第一输入滤波电容(11)并联在所述的3个串联的光伏电池单体(16)输出的正负极之间，所述的第一功率管(9)的发射极与第二功率管(10)的发射极相连形成节点，所述的第一功率管(9)的集电极接所述的3个串联的光伏电池单体(16)输出的负极，第二功率管(10)的集电极构成太阳能电池板超低压微源汲取硅单元升压电路(2)的输出正端，所述的3个串联的光伏电池单体(16)输出的负极构成输出负端；所述的第一升压电抗器(8)的一端与所述的3个串联的光伏电池单体(16)的正极相连，该第一升压电抗器(8)的另一端与所述的第一功率管(9)和第二功率管(10)的节点相连，所述的第一功率管(9)的控制端与所述的MPPT控制器(15)的第一控制信号的输出端相连，所述的第二功率管(10)的控制端与所述的MPPT控制器(15)的第二控制信号的输出端相连，第二输出信号的控制逻辑与第一控制信号的控制逻辑相反；所述的电流传感器(14)串联在所述的3个串联的光伏电池单体(16)的输出的负极线路中，所述的电压传感器(13)的输入端与所述的3个串联的光伏电池单体(16)的输出的正极相连，所述MPPT控制器(15)的电压信号输入端与所述的电压传感器(13)的输出端相连，所述的MPPT控制器(15)的电流信号输入端与所述的电流传感器(14)的输出端相连，所述的第一输出滤波电容(12)接在所述的输出正端和输出负端之间；
所述的含储能低压同步整流升压电路(3)包括同步整流升压控制器(17)、第二升压电抗器(18)、第三功率管(19)、第四功率管(20)、第二输入滤波电容(21)、第二输出滤波电容(22)、第二电压传感器(23)和第二电流传感器(24)，所述的第二输入滤波电容(21)并接在所述含储能低压同步整流升压电路(3)的输入端的正负极之间，所述的第三功率管(19)的发射极与第四功率管(20)的发射极相连构成节点，所述的第三功率管(19)的集电极与所述的含储能低压同步整流升压电路(3)的负极线路相连，所述的第四功率管(20)的集电极构成输出的正端，所述的第二升压电抗器(18)的一端与所述的输入端的正极相连，所述的第二升压电抗器(18)的另一端与所述的第三功率管(19)、第四功率管(20)的节点相连，所述第三功率管(19)的控制端与所述的同步整流升压控制器(17)第一输出信号端相连，所述第四功率管(20)的控制信号端与所述的同步整流升压控制器(17)第二输出信号端相连，所述的第三功率管(19)、第四功率管(20)的控制逻辑相反，所述的同步整流升压控制器(17)的电压信号输入端与所述的第二电压传感器(23)的电压信号输出端相连，同步整流升压控制器(17)的电流信号输入端与第二电流传感器(24)的电流信号输出端相连；
所述的H桥叠波链式级联并网电路(4)包含N个并联的H桥电路，每个H桥电路包含4只功率管并称为S1、S2、S3、S4，S1与S2串接在一起，S3与S4串接在一起，这两串并接在一起，S1的控制信号与S3的控制信号相同，S2的控制信号与S4的控制信号相同，S1的控制信号与S2的控制信号相反，S1和S3的控制信号输入端与所述的并网控制单元(5)的控制信号第一输出端相连，所述的S2和S4的控制信号输入端与所述的并网控制单元(5)的控制信号第二输出端相连；
所述并网控制单元(5)的N个H桥控制信号的输出端分别与所述的H桥叠波链式级联并网电路(4)的N个H桥电路的控制信号输入端相连，所述的并网控制单元(5)的交流电压信号输入端与所述的交流电压互感器(6)的电压信号输出端相连，所述的并网控制单元(5)输入的交流电流信号的输入端与所述的交流电流互感器(7)的电流信号输出端相连；
所述的多个太阳能电池板超低压微源汲取硅单元升压电路(2)的输出端并接在一起与所述含储能低压同步整流升压电路(3)的输入端相连，该含储能低压同步整流升压电路(3)的输出端与所述的H桥叠波链式级联并网电路(4)的输入端相连；所述的H桥叠波链式级联并网电路(4)的输出端与电网相连；所述的交流电压互感器(6)的输入端与所述的H桥叠波链式级联并网电路(4)的输出端相连，所述的交流电压互感器(6)的输出端与所述并网控制单元(5)相应的输入交流电压信号端相连；所述的交流电流互感器(7)的输入端串接在所述的H桥叠波链式级联并网电路(4)的输出端和电网的电路之间，所述的交流电流互感器(7)的输出端与所述的并网控制单元(5)的直流电流信号输入端相连。
2.根据权利要求1所述的链式级联全域自同步太阳能光伏发电控制装置，其特征在于所述的H桥叠波链式级联并网电路(4)包含的H桥电路的数量N为12以上的正整数。
3.根据权利要求1所述的链式级联全域自同步太阳能光伏发电控制装置，其特征在于所述的功率管是MOSFET或IGBT开关管。
4.根据权利要求1所述的链式级联全域自同步太阳能光伏发电控制装置，其特征在于所述的含储能低压同步整流升压电路(3)的输入端并接一电解电容、小电池或其他储能元件。
5.利用权利要求1所述的具有惯性环节的链式级联全域自同步太阳能光伏发电控制装置对太阳能光伏发电并网控制方法，其特征在于该方法步骤如下：
设定PWM1初值为0.8，设定PWM2初值为0.5，设定控制信号θ角初值＝0；
步骤2，按下列公式计算H桥叠波链式级联并网电路(4)的N个控制信号θ角值：其中，θn＝nθA-(n-1)θB+N(cosθA-cosθB)n为链接数，N为各并联的H桥电路，θA＝sin-1A＝arcsinA；θB＝sin-1B＝arcsinB；
设定PWM1初值为0.8；所述MPPT控制器(15)通过采集所述电压传感器(13)、电流传感器(14)的输出信号，对所述的第一功率管(9)和第二功率管(10)进行同步整流控制，实现3个串联的光伏电池单体(16)的最大功率跟踪，PWM1从初值开始，每次增加0.01，直到搜索到最大功率为止；
设定PWM2初值为0.5；所述的同步整流升压控制器(17)通过采集所述第二电压传感器(23)、第二电流传感器(24)输出的所述含储能低压同步整流升压电路(3)的输入电压与输入电流信号，对第三功率管(19)和第四功率管(20)进行控制，实现同步整流升压，PWM2从初值开始，每次增加0.01，最终使得所述的含储能低压同步整流升压电路(3)的输入电压为
具有惯性环节的链式级联全域自同步太阳能光伏发电控制装
置及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及太阳能光伏发电，特别是一种具有惯性环节的链式级联全域自同步太阳能光伏发电控制装置及控制方法。
背景技术
[0002] 能源是人类赖以生存和发展的重要物质基础，也是影响国家安全的重要因素。传统的石化能源属于不可再生能源，面临枯竭的危险。另一方面，由于燃烧化石燃料，给大气造成了重度污染。
[0003] 为了解决能源供应这一重大问题，全世界各国家都加快了对新能源的开发。太阳能作为一种清洁能源，具有以下几个特点：第一，取之不尽。第二，易于获取，普遍存在。第三，清洁，无污染。
[0004] 太阳能的开发利用是解决传统石化能源带来的能源短缺、环境污染和温室效应等问题的有效途径，是人类发展的理想的替代能源。太阳能的利用主要包括光热利用(热力子发电、屋顶的太阳能热水器等)、太阳能发电、光化利用等。光伏发电正在由边远农村和特殊应用向并网发电和与建筑结合供电的方向发展，光伏发电已由补充能源向替代能源过渡。
[0005] 我国光伏发电产业起步于20世纪70年代，于90年代中期进入稳步发展时期，太阳能电池及组件产量逐年增加，目前已跃居全球第一。
[0006] 在国家一系列优惠政策的刺激下，我国光伏发电产业发展迅速，2012年年底我国光伏发电装机容量累计达到700万千瓦，2013年年底达到1716万千瓦，2014年达到了2805万千瓦。
[0007] 我国光伏发电主要以大规模光伏电站为主，采用的集中式光伏逆变器或组串式光伏逆变器，普遍存在电池板能效低的问题，同时由于热斑效应导致电池板使用寿命低。
发明内容
[0008] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种具有惯性环节的链式级联全域自同步太阳能光伏发电控制装置，以大大提高光伏电站的能效，同时延长光伏电池板的使用寿命，促进我国光伏发电事业的健康发展。
[0009] 本发明的技术解决方案如下：
[0010] 一种具有惯性环节的链式级联全域自同步太阳能光伏发电控制装置，其特点在于，包括：多个太阳能电池板超低压微源汲取硅单元升压电路、含储能低压同步整流升压电路、H桥叠波链式级联并网电路、并网控制单元、交流电压互感器和交流电流互感器；
[0011] 每个太阳能电池板超低压微源汲取硅单元升压电路包含3个串联的光伏电池单体、第一升压电抗器、第一功率管、第二功率管、第一输入滤波电容、第一输出滤波电容、电压传感器、电流传感器和MPPT控制器，所述的第一输入滤波电容并联在所述的3个串联的光伏电池单体输出的正负极之间，所述的第一功率管的发射极与第二功率管的发射极相连形成节点，所述的第一功率管的集电极接所述的3个串联的光伏电池单体输出的负极，第二功率管的集电极构成太阳能电池板超低压微源汲取硅单元升压电路的输出正端，所述的3个串联的光伏电池单体输出的负极构成输出负端；所述的第一升压电抗器的一端与所述的3个串联的光伏电池单体的正极相连，该第一升压电抗器的另一端与所述的第一功率管和第二功率管的节点相连，所述的第一功率管的控制端与所述的MPPT控制器的第一控制信号的输出端相连，所述的第二功率管的控制端与所述的MPPT控制器的第二控制信号的输出端相连，第二输出信号的控制逻辑与第一控制信号的控制逻辑相反；所述的电流传感器串联在所述的3个串联的光伏电池单体的输出的负极线路中，所述的电压传感器的输入端与所述的3个串联的光伏电池单体的输出的正极相连，所述MPPT控制器的电压信号输入端与所述的电压传感器的输出端相连，所述的MPPT控制器的电流信号输入端与所述的电流传感器的输出端相连，所述的第一输出滤波电容接在所述的输出正端和输出负端之间；
[0012] 所述的含储能低压同步整流升压电路包括同步整流升压控制器、第二升压电抗器、第三功率管、第四功率管、第二输入滤波电容、第二输出滤波电容、第二电压传感器和第二电流传感器，所述的第二输入滤波电容并接在所述含储能低压同步整流升压电路的输入端的正负极之间，所述的第三功率管1的发射极与第四功率管的发射极相连构成节点，所述的第三功率管的集电极与所述的含储能低压同步整流升压电路的负极线路相连，所述的第四功率管的集电极构成输出的正端，所述的第二升压电抗器的一端与所述的输入端的正极相连，所述的第二升压电抗器的另一端与所述的第三功率管、第四功率管的节点相连，所述第三功率管的控制端与所述的同步整流升压控制器第一输出信号端相连，所述第四功率管的控制信号端与所述的同步整流升压控制器第二输出信号端相连，所述的第三功率管、第四功率管的控制逻辑相反，所述的同步整流升压控制器的电压信号输入端与所述的第二电压传感器的电压信号输出端相连，同步整流升压控制器的电流信号输入端与第二电流传感器的电流信号输出端相连；
[0013] 所述的H桥叠波链式级联并网电路包含N个并联的H桥电路，每个H桥电路包含4只功率管并称为S1、S2、S3、S4，S1与S2串接在一起，S3与S4串接在一起，这两串并接在一起，S1的控制信号与S3的控制信号相同，S2的控制信号与S4的控制信号相同，S1的控制信号与S2的控制信号相反，S1和S3的控制信号输入端与所述的并网控制单元的控制信号第一输出端相连，所述的S2和S4的控制信号输入端与所述的并网控制单元的控制信号第二输出端相连；
[0014] 所述并网控制单元的N个H桥控制信号的输出端分别与所述的H桥叠波链式级联并网电路的N个H桥电路的控制信号输入端相连，所述的并网控制单元的交流电压信号输入端与所述的交流电压互感器的电压信号输出端相连，所述的并网控制单元输入的交流电流信号的输入端与所述的交流电流互感器的电流信号输出端相连；
[0015] 所述的多个太阳能电池板超低压微源汲取硅单元升压电路的输出端并接在一起与所述含储能低压同步整流升压电路的输入端相连，该含储能低压同步整流升压电路的输出端与所述的H桥叠波链式级联并网电路的输入端相连；所述的H桥叠波链式级联并网电路的输出端与电网相连；所述的交流电压互感器的输入端与所述的H桥叠波链式级联并网电路的输出端相连，所述的交流电压互感器的输出端与所述并网控制单元相应的输入交流电压信号端相连；所述的交流电流互感器的输入端串接在所述的H桥叠波链式级联并网电路的输出端和电网的电路之间，所述的交流电流互感器的输出端与所述的并网控制单元的直流电流信号输入端相连。
[0016] 所述的H桥叠波链式级联并网电路包含的H桥电路的数量N为12以上的正整数。
[0017] 所述的功率管是MOSFET或IGBT开关管。
[0018] 所述的含储能低压同步整流升压电路的输入端并接一电解电容、小电池或其他储能元件。
[0019] 利用所述的具有惯性环节的链式级联全域自同步太阳能光伏发电控制装置对太阳能光伏发电并网控制方法，其特点在于该方法步骤如下：
[0020] 步骤1，设定并网控制单元的初始值：
[0021] 设定PWM1初值为0.8，设定PWM2初值为0.5，设定控制信号θ角初值＝0；
[0022] 步骤2，按下列公式计算所述的H桥叠波链式级联并网电路的N个控制信号θ角值θ角：其中，θn＝nθA-(n-1)θB+N(cosθA-cosθB)n为链接数，N为桥模块串联数量，[0023] θA＝sin-1A＝arcsinA；θB＝sin-1B＝arcsinB；
[0024] A＝n/N；B＝(n-1)/N；
[0025] 步骤3，所述MPPT控制器的控制：
[0026] 设定PWM1初值为0.8；所述MPPT控制器通过采集所述电压传感器、电流传感器的输出信号，对所述的第一功率管和第二功率管进行同步整流控制，实现3个串联的光伏电池单体的最大功率跟踪，PWM1从初值开始，每次增加0.01，直到搜索到最大功率为止；
[0027] 步骤4，所述同步整流升压控制器的控制：
[0028] 设定PWM2初值为0.5；所述的同步整流升压控制器通过采集所述第二电压传感器、第二电流传感器输出的所述含储能低压同步整流升压电路的输入电压与输入电流信号，对第三功率管和第四功率管进行控制，实现同步整流升压，PWM2从初值开始，每次增加0.01，最终使得所述的含储能低压同步整流升压电路的输入电压为5.5V。
[0029] 与现有技术相比，本发明的特点如下：
[0030] 1.对单块光伏电池板内部进行超低压MPPT控制，大大提高了光伏电站的能效；
[0031] 2.解决了光伏电池板热斑问题，延长了电池板寿命；
[0032] 3.输出功率波动小、平缓，对电网冲击小；
[0033] 4.具有短时可调度功能；
[0034] 5.全域自同步。
附图说明
[0035] 图1是本发明具有惯性环节的链式级联全域自同步太阳能光伏发电控制装置的示意图。
[0036] 图2是本发明的超低压微源汲取技术框图。
[0037] 图3是本发明含储能低压同步整流升压电路框图。
[0038] 图4是本发明的H桥叠波链式级联并网电路框图。
具体实施方式
[0039] 下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
[0040] 请参阅图1，图1是本发明具有惯性环节的链式级联全域自同步太阳能光伏发电控制装置的示意图，如图所示，一种具有惯性环节的链式级联全域自同步太阳能光伏发电控制装置1，包括：多个太阳能电池板超低压微源汲取硅单元升压电路2、含储能低压同步整流升压电路3、H桥叠波链式级联并网电路4、并网控制单元5、交流电压互感器6和交流电流互感器7；
[0041] 每个太阳能电池板超低压微源汲取硅单元升压电路2包含3个串联的光伏电池单体16、第一升压电抗器8、第一功率管9、第二功率管10、第一输入滤波电容11、第一输出滤波电容12、电压传感器13、电流传感器14和MPPT控制器15，参见图2。所述的第一输入滤波电容11并联在所述的3个串联的光伏电池单体16输出的正负极之间，所述的第一功率管9的发射极与第二功率管10的发射极相连形成节点，所述的第一功率管9的集电极接所述的3个串联的光伏电池单体16输出的负极，第二功率管10的集电极构成太阳能电池板超低压微源汲取硅单元升压电路2的输出正端，所述的3个串联的光伏电池单体16输出的负极构成输出负端；所述的第一升压电抗器8的一端与所述的3个串联的光伏电池单体16的正极相连，该第一升压电抗器8的另一端与所述的第一功率管9和第二功率管10的节点相连，所述的第一功率管9的控制端与所述的MPPT控制器15的第一控制信号的输出端相连，所述的第二功率管
10的控制端与所述的MPPT控制器15的第二控制信号的输出端相连，第二输出信号的控制逻辑与第一控制信号的控制逻辑相反；所述的电流传感器14串联在所述的3个串联的光伏电池单体16的输出的负极线路中，所述的电压传感器13的输入端与所述的3个串联的光伏电池单体16的输出的正极相连，所述MPPT控制器15的电压信号输入端与所述的电压传感器13的输出端相连，所述的MPPT控制器15的电流信号输入端与所述的电流传感器14的输出端相连，所述的第一输出滤波电容12接在所述的输出正端和输出负端之间；
[0042] 图3是本发明含储能低压同步整流升压电路框图，如图所示，含储能低压同步整流升压电路3包括同步整流升压控制器17、第二升压电抗器18、第三功率管19、第四功率管20、第二输入滤波电容21、第二输出滤波电容22、第二电压传感器23和第二电流传感器24，所述的第二输入滤波电容21并接在所述含储能低压同步整流升压电路3的输入端的正负极之间，所述的第三功率管19的发射极与第四功率管20的发射极相连构成节点，，所述的第三功率管19的集电极与所述的含储能低压同步整流升压电路3的负极线路相连所述的第四功率管20的集电极构成输出的正端，所述的第二升压电抗器18的一端与所述的输入端的正极相连，所述的第二升压电抗器18的另一端与所述的第三功率管19、第四功率管20的节点相连，所述第三功率管19的控制端与所述的同步整流升压控制器17第一输出信号端相连，所述第四功率管20的控制信号端与所述的同步整流升压控制器17第二输出信号端相连，所述的第三功率管19、第四功率管20的控制逻辑相反，所述的同步整流升压控制器17的电压信号输入端与所述的第二电压传感器23的电压信号输出端相连，同步整流升压控制器17的电流信号输入端与第二电流传感器24的电流信号输出端相连；
[0043] 图4是本发明的H桥叠波链式级联并网电路框图，如图所示，H桥叠波链式级联并网电路4包含N个并联的H桥电路，每个H桥电路包含4只功率管并称为S1、S2、S3、S4，S1与S2串接在一起，S3与S4串接在一起，这两串并接在一起，S1的控制信号与S3的控制信号相同，S2的控制信号与S4的控制信号相同，S1的控制信号与S2的控制信号相反，S1和S3的控制信号输入端与所述的并网控制单元5的控制信号第一输出端相连，所述的S2和S4的控制信号输入端与所述的并网控制单元5的控制信号第二输出端相连；
[0044] 所述并网控制单元5的N个H桥控制信号的输出端分别与所述的H桥叠波链式级联并网电路4的N个H桥电路的控制信号输入端相连，所述的并网控制单元5的交流电压信号输入端与所述的交流电压互感器6的电压信号输出端相连，所述的并网控制单元5输入的交流电流信号的输入端与所述的交流电流互感器7的电流信号输出端相连；
[0045] 所述的多个太阳能电池板超低压微源汲取硅单元升压电路2的输出端并接在一起与所述含储能低压同步整流升压电路3的输入端相连，该含储能低压同步整流升压电路3的输出端与所述的H桥叠波链式级联并网电路4的输入端相连；所述的H桥叠波链式级联并网电路4的输出端与电网相连；所述的交流电压互感器6的输入端与所述的H桥叠波链式级联并网电路4的输出端相连，所述的交流电压互感器6的输出端与所述并网控制单元5相应的输入交流电压信号端相连；所述的交流电流互感器7的输入端串接在所述的H桥叠波链式级联并网电路4的输出端和电网的电路之间，所述的交流电流互感器7的输出端与所述的并网控制单元5的直流电流信号输入端相连。
[0046] 所述的H桥叠波链式级联并网电路4包含的H桥电路的数量N为12以上的正整数。
[0047] 所述的功率管是MOSFET或IGBT开关管。
[0048] 所述的含储能低压同步整流升压电路3的输入端并接一电解电容、小电池或其他储能元件。
[0049] 利用所述的具有惯性环节的链式级联全域自同步太阳能光伏发电控制装置对太阳能光伏发电并网控制方法，包括如下步骤：
[0050] 步骤1，设定并网控制单元5的初始值：
[0051] 设定PWM1初值为0.8，设定PWM2初值为0.5，设定控制信号θ角初值＝0；
[0052] 步骤2，按下列公式计算所述的H桥叠波链式级联并网电路4的N个控制信号θ角值θ角：其中，θn＝nθA-(n-1)θB+N(cosθA-cosθB)n为链接数，N为桥模块串联数量，[0053] θA＝sin-1A＝arcsinA；θB＝sin-1B＝arcsinB；
[0054] A＝n/N；B＝(n-1)/N；
[0055] 步骤3，所述MPPT控制器15的控制：
[0056] 设定PWM1初值为0.8；所述MPPT控制器15通过采集所述电压传感器13、电流传感器14的输出信号，对所述的第一功率管9和第二功率管10进行同步整流控制，实现3个串联的光伏电池单体16的最大功率跟踪，PWM1从初值开始，每次增加0.01，直到搜索到最大功率为止；
[0057] 步骤4，所述同步整流升压控制器17的控制：
[0058] 设定PWM2初值为0.5；所述的同步整流升压控制器17通过采集所述第二电压传感器23、第二电流传感器24输出的所述含储能低压同步整流升压电路3的输入电压与输入电流信号，对第三功率管19和第四功率管20进行控制，实现同步整流升压，PWM2从初值开始，每次增加0.01，最终使得所述的含储能低压同步整流升压电路3的输入电压为5.5V。
