不匹配光伏阵列的功率变换器多目标优化与控制方法研究

The mismatch of the series photovoltaic (PV) power generation unit caused by partial shadow is an important factor in the generation loss of distributed PV system. Optimized maximum power point tracking (MPPT) algorithm can seek out the global maximum power point by overcoming the interference of multiple peak values. However, the significant reduced power caused by the bypassed PV module is inevitable. PV equalizer can solve the mismatch problem from the point of the power topology. In view of the existing simplex evaluation criteria of PV equalizer, and topology design not considering the multi-objective optimization of PV system together with the inverter, this project is intended to be carried out :(1)Establish a multi-objective comprehensive evaluation method for PV equalizer to provide theoretical support for the optimization design of different topologies. (2) Explore the integrated power converter topology design of the equalizer and the single-stage inverter, and present the new structure of the micro string inverter. (3) Research on the multi-objective control methods of equalization, voltage step-up, MPPT and grid connection in the integrated topology. The research results will provide theoretical guidance for the multi-objective optimization of power converters in unmatched PV system, and provide a novel optimized topology and structure for distributed PV power generation system.

局部阴影造成的串联光伏发电单元不匹配是导致分布式光伏系统发电量损失的重要因素。优化的最大功率点跟踪算法仅仅是排除了多峰峰值的干扰而寻求到全局最大功率点，被旁路的不匹配组件引起的发电量显著降低仍然是不可避免的。光伏均衡器可以从电路拓扑的角度解决其不匹配问题，针对现有光伏均衡器评价标准单一，以及未与逆变器一起从光伏系统多目标优化的角度进行拓扑设计的问题，本项目拟开展：（1）建立多目标的光伏均衡器综合评价方法，为不同拓扑的优化设计提供理论支撑；（2）探索均衡器和单级式逆变器的一体化功率变换器拓扑设计，并提出微串式逆变器的新架构；（3）研究一体化拓扑中均衡、升压、MPPT、并网的多目标控制问题。研究成果将为不匹配光伏阵列的功率变换器多目标优化提供理论指导，并为分布式光伏发电系统提供一种优化的新拓扑和新架构。

光伏发电系统由于局部阴影等造成的不匹配问题成为了发电量损失的重要因素，光伏均衡器通过电力电子装置对不匹配功率进行补偿从而改变组件工作点以释放发电潜能、提升发电量。同时，探索均衡器与逆变器的一体化拓扑可以进一步简化系统结构、提升效率、降低成本。.基于此，本项目开展了不匹配工况下光伏功率变换器的多目标优化研究工作，主要完成的研究内容包括：1)提出了由系统效率、提升功率、功率密度、可靠性、经济性等五个维度构成的综合评价体系，对现有光伏均衡器拓扑进行了详细分析评价，总结了不同类型均衡器拓扑的特点并就其适用性进行了讨论总结。2)提出了多种新型单级式光伏逆变器拓扑，与现有双级式逆变器相比，大大降低了开关器件数量，为一体化拓扑的简化奠定了基础；提出了基于多绕组单输入多输出推挽式的光伏均衡器拓扑，经过分析及验证认为多绕组变压器式组件-母线均衡器方案适用于一体化拓扑设计；提出了基于多绕组均衡器与单级式boost型微逆变器的一体化拓扑，形成了微串式光伏逆变器的新架构。3)通过多绕组均衡器的自均衡能力降低系统控制复杂度，采用单周期控制实现均衡、升压、MPPT与并网的多目标控制。.综合以上论述，项目组取得的研究进展和相关结论可为不匹配光伏阵列的功率变换器多目标优化提供理论支撑和技术积累，对光伏发电系统的发电量提升和成本降低均具有重要实际意义。项目组共发表相关学术论文5篇，其中SCI索引3篇，EI索引1篇、待索引1篇；申请国家发明专利2项，其中已授权1项；协助培养硕士研究生3名。