基于功率差額補(bǔ)償控制的嵌入式光伏模塊研究

太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)在實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)合中，常常因?yàn)槭洮F(xiàn)象造成光伏系統(tǒng)的輸出特性曲線呈現(xiàn)多個(gè)峰值，導(dǎo)致傳統(tǒng)最大功率跟蹤算法失效；另一方面，由于光伏組件之間串、并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有的控制策略無(wú)法使每個(gè)光伏組件在失配條件下均工作在各自的最大功率點(diǎn)。上述問(wèn)題廣泛存在于不同功率等級(jí)的光伏系統(tǒng)中，嚴(yán)重影響系統(tǒng)電產(chǎn)率，是目前光伏發(fā)電領(lǐng)域亟待解決的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。因此，研究失配條件下光伏系統(tǒng)的最優(yōu)功率控制策略，實(shí)現(xiàn)光伏組件功率的盡限輸出具有重要的意義。 本項(xiàng)目首先從最大功率跟蹤算法角度出發(fā)，對(duì)全局最大功率跟蹤算法進(jìn)行研究和優(yōu)化。論文首先比較了現(xiàn)有全局最大功率跟蹤算法的優(yōu)劣，并提出了一種基于改進(jìn)型模擬退火法的人工智能全局最大功率跟蹤算法。該算法可以快速、準(zhǔn)確地在任意失配條件下找到多峰值曲線上的全局最大功率點(diǎn)，同時(shí)相比較現(xiàn)有算法，具備了應(yīng)對(duì)環(huán)境突變的自重啟能力，自適應(yīng)的終止條件和智能化的鄰域調(diào)節(jié)機(jī)制，在追蹤精度、收斂速度和算法穩(wěn)定性等方面都取得了改進(jìn)。 其次，為了更好地消除失配問(wèn)題帶來(lái)的影響，本研究從電路拓?fù)浼翱刂撇呗缘慕嵌妊芯苛饲度胄凸夥K。結(jié)合目前的研究成果，針對(duì)全功率控制型結(jié)構(gòu)和差額功率控制型結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行了深入的探討和分析。 本研究先研究了基于全功率控制結(jié)構(gòu)的光伏模塊，提出了一種基于單電感-單傳感器結(jié)構(gòu)的光伏模塊拓?fù)浼胺謺r(shí)控制策略。該方案僅用一組無(wú)源器件、一個(gè)電流傳感器和一個(gè)控制芯片就能完全消除光伏模塊內(nèi)由失配問(wèn)題造成的功率損失，使所有光伏子模塊均能輸出各自的最大功率。相比較現(xiàn)有的工業(yè)界方案，本結(jié)構(gòu)在保證理想最大功率輸出的基礎(chǔ)上，大大減少了嵌入式全功率結(jié)構(gòu)光伏模塊的器件數(shù)量和控制復(fù)雜度，進(jìn)一步提高了模塊的可集成度。 與此同時(shí)，本研究針對(duì)全功率控制型光伏模塊中變換器處理功率高、損耗大、效率低的自身固有缺陷，就差額功率控制型光伏模塊進(jìn)行了分析和探討，在掌握基于該結(jié)構(gòu)的嵌入式光伏模塊運(yùn)行機(jī)理的基礎(chǔ)上，提出了一種多級(jí)分時(shí)自適應(yīng)的最大功率跟蹤控制策略，在不影響電產(chǎn)率的情況下，減少了模塊運(yùn)行所需的器件數(shù)量，降低了成本，提高了系統(tǒng)的集成度。 最后，本研究針對(duì)基于光伏優(yōu)化模塊的光伏發(fā)電系統(tǒng)級(jí)特性也進(jìn)行了深入的分析和量化的評(píng)估，通過(guò)所搭建的能效模型可以對(duì)失配問(wèn)題帶來(lái)的能量損失進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)估。同時(shí)針對(duì)不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，本研究也展開(kāi)了詳細(xì)的討論。

本研究基于分布式最大功率跟蹤的概念，提出并探索一種嵌入式光伏發(fā)電模塊的一體化技術(shù)。所提方案利用并聯(lián)型的電力電子開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)替代傳統(tǒng)光伏板接線盒中的旁路二極管，通過(guò)功率差額補(bǔ)償?shù)脑硐K內(nèi)部各個(gè)光伏電池組之間因失配現(xiàn)象造成的功率失衡問(wèn)題，提高模塊的抗擾性和運(yùn)行效率；同時(shí)在模塊輸出側(cè)通過(guò)最大功率控制實(shí)現(xiàn)恒功率的輸出特性，提高基于該模塊的光伏陣列電產(chǎn)率。研究?jī)?nèi)容從嵌入式光伏模塊的拓?fù)溲莼?、協(xié)同控制策略優(yōu)化、數(shù)學(xué)模型建立和級(jí)聯(lián)特性分析幾方面依次展開(kāi)，旨在尋求嵌入式電路和光伏電池板一體化的解決思路，構(gòu)造高抗擾性、高效率的緊湊型、模塊化光伏發(fā)電單元，力爭(zhēng)為光伏系統(tǒng)的無(wú)擾發(fā)電、高效饋電、穩(wěn)定消納提供一條具有指導(dǎo)意義的新思路。

能源已經(jīng)成為人類社會(huì)進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)發(fā)展與地球生態(tài)環(huán)境保護(hù)的瓶頸問(wèn)題。光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)是解決世界能源危機(jī)和環(huán)境污染*可靠和行之有效的方法。蔡紀(jì)鶴著的《光伏并網(wǎng)發(fā)電的功率補(bǔ)償控制研究/電氣工程系列叢書(shū)》以一種改進(jìn)結(jié)構(gòu)的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)為研究對(duì)象，針對(duì)光伏發(fā)電有功和無(wú)功的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償控制的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了相關(guān)研究，對(duì)基于*小二乘支持向量機(jī)（LS-SVM）的功率跟蹤（MPPT）控制、基于超級(jí)電容和蓄電池的復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的有功補(bǔ)償控制、基于空間電壓矢量脈沖調(diào)制（SVPWM）的并網(wǎng)發(fā)電與無(wú)功補(bǔ)償?shù)囊惑w化控制策略及其相關(guān)的仿真與實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)行了重點(diǎn)分析。

根據(jù)所保障的主權(quán)利義務(wù)關(guān)系之不同，差額補(bǔ)足主要可以分為對(duì)債務(wù)的差額補(bǔ)足、對(duì)分紅的差額補(bǔ)足以及對(duì)資金歸集的差額補(bǔ)足。

差額補(bǔ)足對(duì)債務(wù)的差額補(bǔ)足

對(duì)債務(wù)的差額補(bǔ)足，其所保障的是債權(quán)債務(wù)關(guān)系。由于差額補(bǔ)足具有意定性，因此創(chuàng)新的交易安排很多都是在法律法規(guī)明確規(guī)定的法律關(guān)系基礎(chǔ)上衍生發(fā)展而來(lái)。實(shí)踐中差額補(bǔ)足在很多情況下是對(duì)法定擔(dān)保措施的借鑒與參考，尤其是對(duì)保證和債務(wù)加入的參考。之所以實(shí)踐中對(duì)債務(wù)的差額補(bǔ)足主要參考保證和債務(wù)加入進(jìn)行約定，主要是因?yàn)楸ＷC和債務(wù)加入所擔(dān)保的也是債權(quán)債務(wù)關(guān)系，而且保證和債務(wù)加入主要是基于保證人及債務(wù)加入人自身的信用，這兩方面與差額補(bǔ)足相一致。因此。對(duì)債務(wù)的差額補(bǔ)足主要包括類保證式差額補(bǔ)足及類債務(wù)加入式差額補(bǔ)足。

差額補(bǔ)足（1）類保證式差額補(bǔ)足

參考擔(dān)保法對(duì)保證的分類，可以將類保證式差額補(bǔ)足分為一般差額補(bǔ)足與連帶式差額補(bǔ)足。需要說(shuō)明的是，此種分類僅僅是為了理解上的便利，差額補(bǔ)足與保證在法律性質(zhì)上有根本的不同，不能直接視之為保證。經(jīng)查閱相關(guān)判例，并未發(fā)現(xiàn)有法院的判例將差額補(bǔ)足直接視為保證。一旦將差額補(bǔ)足視為保證，可能導(dǎo)致需要適用擔(dān)保法中諸如保證期間、先訴抗辯權(quán)等相關(guān)規(guī)定，但約定差額補(bǔ)足的相關(guān)協(xié)議中并未對(duì)上述事宜進(jìn)行約定。相類似的，也不宜將類債務(wù)加入式差額補(bǔ)足視為債務(wù)加入。

①一般差額補(bǔ)足

某合同中關(guān)于一般差額補(bǔ)足的核心條款如下：“若XX公司不能履行債務(wù)時(shí)，由乙方對(duì)XX公司的債務(wù)予以補(bǔ)足?！?

②連帶式差額補(bǔ)足

某合同中關(guān)于連帶式差額補(bǔ)足的核心條款如下：“甲方明確，在本協(xié)議項(xiàng)下提供的差額補(bǔ)足義務(wù)為無(wú)條件的、不可撤銷(xiāo)的連帶義務(wù)。當(dāng)債務(wù)人未履行或未完全履行主合同項(xiàng)下的任何義務(wù)和責(zé)任時(shí)，乙方均有權(quán)直接要求甲方立即承擔(dān)差額補(bǔ)足義務(wù)。”

差額補(bǔ)足義務(wù)人僅對(duì)債權(quán)人負(fù)有給付義務(wù)，債權(quán)人對(duì)差額補(bǔ)足義務(wù)人不負(fù)有對(duì)價(jià)給付義務(wù)，因此對(duì)債務(wù)的差額補(bǔ)足具有單務(wù)性。保證的無(wú)償性體現(xiàn)在保證人并不自債權(quán)人取得報(bào)酬，而類保證式差額補(bǔ)足也不自債權(quán)人取得報(bào)酬，因此具有無(wú)償性。保證人的保證責(zé)任相對(duì)于主債務(wù)人的履行責(zé)任而言是第二位的，此為補(bǔ)充性。連帶責(zé)任保證實(shí)際上突破了補(bǔ)充性，但傳統(tǒng)民法以一般保證為原則，以連帶責(zé)任保證為例外，因此一般也將補(bǔ)充性作為保證的特征。而對(duì)債務(wù)的差額補(bǔ)足可以約定為一般差額補(bǔ)足，也可以約定為連帶式差額補(bǔ)足，一般差額補(bǔ)足也符合補(bǔ)充性的特征。

差額補(bǔ)足（2）類債務(wù)加入式差額補(bǔ)足

類債務(wù)加入式差額補(bǔ)足的合同條款與連帶式差額補(bǔ)足較為接近。對(duì)于二者的區(qū)別，可以參考理論上和司法判例中債務(wù)加入與連帶責(zé)任保證的區(qū)別。史尚寬教授認(rèn)為，債務(wù)加入與連帶責(zé)任保證的區(qū)別在于，債務(wù)加入人所承擔(dān)的債務(wù)，為與原債務(wù)并立的自己的債務(wù)，而保證人所擔(dān)保的債務(wù)，為附屬于主債務(wù)的債務(wù)。從最高院的判例來(lái)看，判斷一個(gè)行為究竟是保證，還是債務(wù)加入，應(yīng)根據(jù)具體情況確定。如承擔(dān)人承擔(dān)債務(wù)的意思表示中有較為明顯的保證含義，可以認(rèn)定為保證；如果沒(méi)有，則應(yīng)當(dāng)從保護(hù)債權(quán)人利益的立法目的出發(fā)，認(rèn)定為債務(wù)加入。對(duì)于類債務(wù)加入式差額補(bǔ)足或連帶式差額補(bǔ)足的區(qū)別宜參照對(duì)債務(wù)加入與連帶責(zé)任保證的區(qū)別加以界定。