基于功率差額補償控制的嵌入式光伏模塊研究

太陽能發(fā)電技術(shù)在實際的應(yīng)用場合中，常常因為失配現(xiàn)象造成光伏系統(tǒng)的輸出特性曲線呈現(xiàn)多個峰值，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)有的控制策略無法使每個光伏組件在失配條件下均工作在各自的最大功率點。上述問題廣泛存在于不同功率等級的光伏系統(tǒng)中，嚴重影響系統(tǒng)電產(chǎn)率，是目前光伏發(fā)電領(lǐng)域亟待解決的熱點和難點問題。因此，研究失配條件下光伏系統(tǒng)的最優(yōu)功率控制策略，實現(xiàn)光伏組件功率的盡限輸出具有重要的意義。 本項目首先從最大功率跟蹤算法角度出發(fā)，對全局最大功率跟蹤算法進行研究和優(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，同時相比較現(xiàn)有算法，具備了應(yīng)對環(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。 其次，為了更好地消除失配問題帶來的影響，本研究從電路拓撲及控制策略的角度研究了嵌入型光伏模塊。結(jié)合目前的研究成果，針對全功率控制型結(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)的光伏模塊拓撲及分時控制策略。該方案僅用一組無源器件、一個電流傳感器和一個控制芯片就能完全消除光伏模塊內(nèi)由失配問題造成的功率損失，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，進一步提高了模塊的可集成度。 與此同時，本研究針對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行機理的基礎(chǔ)上，提出了一種多級分時自適應(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，本研究針對基于光伏優(yōu)化模塊的光伏發(fā)電系統(tǒng)級特性也進行了深入的分析和量化的評估，通過所搭建的能效模型可以對失配問題帶來的能量損失進行預(yù)測和評估。同時針對不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，本研究也展開了詳細的討論。

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，通過功率差額補償?shù)脑硐K內(nèi)部各個光伏電池組之間因失配現(xiàn)象造成的功率失衡問題，提高模塊的抗擾性和運行效率；同時在模塊輸出側(cè)通過最大功率控制實現(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。研究內(nèi)容從嵌入式光伏模塊的拓撲演化、協(xié)同控制策略優(yōu)化、數(shù)學(xué)模型建立和級聯(lián)特性分析幾方面依次展開，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，力爭為光伏系統(tǒng)的無擾發(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)成為人類社會進步、經(jīng)濟發(fā)展與地球生態(tài)環(huán)境保護的瓶頸問題。光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)是解決世界能源危機和環(huán)境污染*可靠和行之有效的方法。蔡紀鶴著的《光伏并網(wǎng)發(fā)電的功率補償控制研究/電氣工程系列叢書》以一種改進結(jié)構(gòu)的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)為研究對象，針對光伏發(fā)電有功和無功的動態(tài)補償控制的關(guān)鍵問題進行了相關(guān)研究，對基于*小二乘支持向量機（LS-SVM）的功率跟蹤（MPPT）控制、基于超級電容和蓄電池的復(fù)合儲能系統(tǒng)的有功補償控制、基于空間電壓矢量脈沖調(diào)制（SVPWM）的并網(wǎng)發(fā)電與無功補償?shù)囊惑w化控制策略及其相關(guān)的仿真與實驗研究進行了重點分析。

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

差額補足對債務(wù)的差額補足

對債務(wù)的差額補足，其所保障的是債權(quán)債務(wù)關(guān)系。由于差額補足具有意定性，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。實踐中差額補足在很多情況下是對法定擔(dān)保措施的借鑒與參考，尤其是對保證和債務(wù)加入的參考。之所以實踐中對債務(wù)的差額補足主要參考保證和債務(wù)加入進行約定，主要是因為保證和債務(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，這兩方面與差額補足相一致。因此。對債務(wù)的差額補足主要包括類保證式差額補足及類債務(wù)加入式差額補足。

差額補足（1）類保證式差額補足

參考擔(dān)保法對保證的分類，可以將類保證式差額補足分為一般差額補足與連帶式差額補足。需要說明的是，此種分類僅僅是為了理解上的便利，差額補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足直接視為保證。一旦將差額補足視為保證，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，但約定差額補足的相關(guān)協(xié)議中并未對上述事宜進行約定。相類似的，也不宜將類債務(wù)加入式差額補足視為債務(wù)加入。

①一般差額補足

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

②連帶式差額補足

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

差額補足義務(wù)人僅對債權(quán)人負有給付義務(wù)，債權(quán)人對差額補足義務(wù)人不負有對價給付義務(wù)，因此對債務(wù)的差額補足具有單務(wù)性。保證的無償性體現(xiàn)在保證人并不自債權(quán)人取得報酬，而類保證式差額補足也不自債權(quán)人取得報酬，因此具有無償性。保證人的保證責(zé)任相對于主債務(wù)人的履行責(zé)任而言是第二位的，此為補充性。連帶責(zé)任保證實際上突破了補充性，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，因此一般也將補充性作為保證的特征。而對債務(wù)的差額補足可以約定為一般差額補足，也可以約定為連帶式差額補足，一般差額補足也符合補充性的特征。

差額補足（2）類債務(wù)加入式差額補足

類債務(wù)加入式差額補足的合同條款與連帶式差額補足較為接近。對于二者的區(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)。從最高院的判例來看，判斷一個行為究竟是保證，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，可以認定為保證；如果沒有，則應(yīng)當(dāng)從保護債權(quán)人利益的立法目的出發(fā)，認定為債務(wù)加入。對于類債務(wù)加入式差額補足或連帶式差額補足的區(qū)別宜參照對債務(wù)加入與連帶責(zé)任保證的區(qū)別加以界定。