串联式光伏方阵的制作方法
【专利摘要】一种串联式光伏方阵，其特征在于，所述的光伏方阵由n个光伏组串功率单元串联组成，n＞1；光伏组串功率单元由光伏组串和光伏组串高压隔离功率调节模块串联组成。所述光伏组串的输出端与光伏组串高压隔离功率调节模块的输入端连接，经该光伏组串高压隔离功率调节模块DC/DC隔离端口输出，使每个光伏组串功率单元的耐电压＞直流系统电压Usmax。
【专利说明】串联式光伏方阵
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种太阳能光伏发电系统的光伏组串阵列。
【背景技术】
[0002] 目前光伏电站在国家的政策激励下飞速发展，而光伏方阵是光伏发电系统的重要 组成之一，而由光伏组串串并联组成的方阵容量大小直接影响系统的发电量。光伏组串是 由若干块光伏组件串联组成，而组件是组串的最小单元，串联数量最多22块，其原因主要 取决于组件承受的耐压。目前国内、外组件串联后的组串电压彡1000V功率最大彡7kWp。 为提高发电功量，目前国内、外采两种方式：一是用大量光伏组串并联组成并联方阵增大输 出电流，提高并联方阵功率输出，在经逆变器逆变交流输出，此方法也被称为集中式或并联 式结构，如图4所示。二是如图5所示的组串型光伏发电系统，采用一种组串型逆变器，将 多组组串直接输入组串型逆变器中，首先实现每个光伏组串的独立MPPT最大功率点跟踪， 之后在并联逆变交流输出，此类型功率较小。为进一步增加功率再由多台组串型逆变器通 过交流汇流柜并联。两种类型其实质都是组串之间的并联，电压低< 1000V、电流大、电缆设 备损耗大、汇流设备多、电缆数量多而且逆变器为电流型拓扑结构功率损耗大等问题。而集 中式或并联式则要求组串性能参数相近，又无法实现组串独立最大功率点（MPPT)自动跟 踪使功率损失。对分布式屋顶电站面积所限，为满足各组串电压相等安装组串时必须考虑 取舍，造成有限的面积浪费。
[0003] 再有，受光伏组串的并联结构所限，使每串光伏组串并联输出电压依据并网电压 等级而提1?，才能满足逆变器的输入启动电压基本条件，如在380v受流电网系统中，光伏 组串输出直流电压> >400v X 7^才能满足启动逆变器基本工作条件，启动电压高所获得 电量有限。
[0004] 同样受光伏组串的并联结构输入直流电压< 1000V所限，只能满足逆变器交流输 出电压< 400V等级系统无变压器并网，更高电压等级并网则须经变压器升压输出。
[0005] 由于逆变器或直流设备在电力电子设备拓扑结构中分为电流型或电压型，其特 点：电压型电压高电流小，损耗小，而电流型电压低电流大，损耗大。同样还是光伏组串的并 联结构，光伏组串输出电压< 1000V，电流大，采用电流型拓扑结构逆变器。
[0006] 由此将多组组串在串联提高输出电压降低传输电流增加功率，满足更高等级无变 压器并网、使光伏组串更低电压输出能量被利用、减少电缆及汇流设备数量、采用电压型拓 扑结构逆变器或直流设备，实现减少线路、逆变器或直流设备损耗，降低电缆、汇流设备、变 压器成本，提高光伏组串发电效率，适应分布式、大型光伏电站及未来中、高电压直流输电 的需求。
[0007] 目前光伏系统升压输出基本有三种方式，一为光伏组串并联（并联方阵）经汇流、 逆变器交流变压器升压输出，多为集中式；二为光伏组串并联经逆变器交流汇流再经变压 器升压输出，多为组串式；三为伏组串并联（并联方阵）经汇流经DC/DC升压输出。其实质 还是利用大量组串之间并联（并联式方阵）提高光伏方阵输出功率。
【发明内容】
[0008] 本发明目的是克服现有利用组串并联提高发电功率的方法造成传输线路、配套设 备损耗严重等缺点，提出一种串联式光伏方阵。本发明利用光伏组串高压隔离功率调节模 块的MPPT光伏组串最大功率点跟踪、DC/DC、高压隔离（隔离电压> Usmax)等特点，将每个 光伏组串通过光伏组串高压隔离功率调节模块进行高压隔离，提高每个光伏组串的隔离电 压等级，通过光伏组串高压隔离功率调节模块实现组串之间再串联，提高逆变器或直流设 备输入电压，减少传输电流增大发电功率降低传输损耗，同时满足不同功率光伏组串功率 的再串联，实现光伏直流高压传输。
[0009] 本发明采用以下技术方案：
[0010] 本发明串联式光伏方阵由η个光伏组串功率单元串联组成，η > 1。光伏组串功率 单元由光伏组串和光伏组串高压隔离功率调节模块串联组成。
[0011] 光伏组串功率单元中，所述光伏组串的输出端与光伏组串高压隔离功率调节模块 的输入端连接，经该光伏组串高压隔离功率调节模块DC/DC隔离端口输出。光伏组串高压 隔离功率调节模块有一个通讯接口，用于连接光纤或无线通讯模块。该光伏组串高压隔离 功率调节模块的输出端和通讯接口同样也是光伏组串功率单元的输出端和通讯接口。光伏 组串经过光伏组串高压隔离功率调节模块隔离输出的电压值是光伏组串功率单元的隔离 电压值。该光伏组串高压隔离功率调节模块DC/DC隔离端口输出电压Un也是光伏组串功 率单元的输出电压值。由于光伏组串高压隔离功率调节模块的加入，使光伏组串功率单元 的隔离电压> Usmax。
[0012] 所述的 Usmax 也称为直流系统电压。Usmax = Ulmax+U2max+U3max，…，+Unmax， Ulmax、U2max，···,υη?Μχ为η个光伏组串功率单元中每个光伏组串功率单元输出电压的最 大值。由于η个光伏组串功率单元串联组成串联式光伏方阵，其光伏组串功率单元的输出 电流就是串联式光伏方阵输出电流Is也称为直流系统电流。直流系统由串联式光伏方阵、 直流设备或逆变器中的直流输入部分组成，直流系统电压即为逆变器或直流设备的额定直 流输入电压。
[0013] 所述的光伏组串高压隔离功率调节模块由自供电源、MPPT光伏组串最大功率点自 动跟踪电路、功率调节电路、通讯接口电路、整流电路和高压隔离变压器组成。
[0014] 光伏组串的输出端与光伏组串高压隔离功率调节模块的输入端连接。光伏组串高 压隔离功率调节模块的输入端由自供电源的输入端和MPPT光伏组串最大功率点自动跟踪 电路的输入端并联连接组成；MPPT光伏组串最大功率点自动跟踪电路的输出端与功率调 节电路的输入端连接，功率调节电路的输出端与高压隔离变压器的输入端连接，高压隔离 变压器的输出端与整流电路的输入端连接，整流电路的输出端为光伏组串高压隔离功率调 节模块的输出端，也是光伏组串功率单元的输出端，光伏组串的输出功率最终经高压隔离 变压器电气隔离后，由整流电路直流输出。自供电源的输出端分别与MPPT光伏组串最大功 率点自动跟踪电路、功率调节电路、通讯接口电路电源的输入端连接，提供每个电路工作电 源。即光伏组串输出电量一部分通过自供电源提供光伏组串高压隔离功率调节模块自身供 电需要，另一部分将大量的电量经MPPT光伏组串最大功率点自动跟踪等电路、设备输送到 逆变器或直流设备。通讯接口电路是一个双端输入输出通讯接口电路，通讯接口电路的一 端与功率调节电路通讯接口连接，通讯接口电路的另一端通过无线或光纤与其他光伏组串 功率单元、逆变器或直流设备连接，将逆变器或直流设备的控制命令及数据与每个光伏组 串功率单元进行交互。
[0015] 当光伏组串的输出功率随辐照强度增加而增加，并满足光伏组串高压隔离功率调 节模块内部自供电源启动输出功率时，自供电源输出稳定电压为所有电路提供工作电源， 启动光伏组串高压隔离功率调节模块工作，光伏组串高压隔离功率调节模块通过其通讯接 口与逆变器或直流设备通讯。同时MPPT光伏组串最大功率点自动跟踪电路实时对光伏组 串进行最大功率点跟踪，并将被跟踪的光伏组串的最大功率输入功率调节电路中，功率调 节电路与高压隔离变压器配合将光伏组串最大功率依据光伏组串高压隔离功率调节模块 控制策略及逆变器或直流设备命令进行PWM功率调节，经调节后的光伏组串的最大功率通 过高压隔离变压器电气隔离后经整流电路直流输出。高压隔离变压器的电气隔离电压 >直 流系统电压Usmax，此时的光伏组串由于高压隔离变压器的电气隔离，使每个光伏组串功率 单元都能承受直流系统电压Usmax。
[0016] 所述的光伏组串高压隔离功率调节模块中的通讯接口电路将光伏组串高压隔离 功率调节模块的输出电压Un、输出电流Is、最大功率点功率、功率调节输出功率等数据通 过无线或光纤与逆变器或直流设备进行交互通讯，反之逆变器或直流设备的控制命令及数 据通过此通讯接口电路与每个光伏组串功率单元进行数据交互。
[0017] 所述的光伏组串由η块光伏组件串联组成。光伏组件是光伏组串的最小发电单 元，光伏组件的串联数量主要取决于光伏组件所承受的电压，典型光伏组串用20?22块光 伏组件串联组成，串联后的光伏组串电压控制在< 1000V功率最大< 7kWp。
[0018] 由光伏组串功率单元1、光伏组串功率单元2、光伏组串功率单元3，…，光伏组串 功率单元η串联组成的串联式光伏方阵之间连接关系为：光伏组串功率单元1的输出负极 端与光伏组串功率单元2的输出正极端连接，光伏组串功率单元2的输出负极端与光伏组 串功率单元3的输出正极端连接，以此类推，光伏组串功率单元η-1的输出负极端与光伏组 串功率单元η的输出正极端连接，η为正整数，η>1。对应的光伏组串功率单元1输出的电 压为U1、光伏组串功率单元2输出的电压为U2、光伏组串功率单元3输出的电压为U3、光伏 组串功率单元η输出的电压为Un，所有光伏组串功率单元串联电流为Is，串联电流Is也是 串联式光伏方阵输出电流。光伏组串功率单元1的通讯接口与光伏组串功率单元2的通讯 接口连接，依次类推，光伏组串功率单元η-1的通讯接口接至光伏组串功率单元η的通讯接 □ η。
[0019] 光伏组串功率单元1的输出正极端为串联式光伏方阵的高压输出正端，光伏组串 功率单元η的输出负极端为串联式光伏方阵的高压输出负端。所述串联式光伏方阵输出 的电压s为各个光伏组串功率单兀输出电压之和，即电压s =电压1+电压2+电压3···电 压η。光伏组串功率单元的功率可以不相同，但输出电流相同，光伏组串功率单元串接数量 可以依据电网、逆变器、分布式面积需求决定。η个光伏组串功率单元串接后输出电压值为 Us，如每个光伏组串功率单元输出平均电压为500ν，η = 20则Us = ΙΟΟΟΟν远远高于并联 式光伏组串ΙΟΟΟν，提高电压等级，增加功率。
[0020] 本发明的工作原理和工作过程如下：
[0021] 为提高光伏方阵输出功率，采用光伏组串串联方式是一个非常理想的手段。但是 由于光伏组串最1?承受:电压〈ΙΟΟΟν，如将光伏组串之间串联势必造成光伏组件电压击穿损 坏，为此在每个光伏组串之间增加一个高压隔离环节，提高光伏组串的隔离电压能力。本发 明将每个光伏组串通过光伏组串高压隔离功率调节模块进行高压电气隔离后输出，使每个 光伏组串功率单元的耐电压>直流系统电压Usmax，实现η个单元光伏组串功率单元的串 联。
[0022] 由于光伏组串功率单元的隔离电压提高，η个光伏组串功率单元串联连接的输出 电压为串联式光伏方阵输出电压Us，串联式光伏方阵输出电压Us为每个光伏组串功率单 元输出电压之和：U1+U2+U3+…Un = Us。由于每个光伏组串功率单元中的光伏组件参数偏 差、或某一时刻辐照量不同、或组成的光组串数量不同，使每个光伏组串功率单元经过光伏 组串高压隔离功率调节模块调整后的最佳输出电压Un有可能不同，所有光伏组串功率单 元输出电流Is相等。若光伏组串功率单元输出的功率不能满足光伏组串高压隔离功率调 节模块最小输出功率时，光伏组串功率单元退出输出，即输出为短路状态。光伏组串功率单 元在不同情形下与逆变器或直流设备协调配合工作的过程描述如下：
[0023] 在正常辐照下，每个光伏组串功率单元启动后，首先实时收发逆变器或直流设 备通讯数据并输出低电压Unmin，经η个单元光伏组串功率单元串联后输出电压之和 Ulmin+U2min+U3min+*"Unmin = Usmin，即串联式光伏方阵最低输出供电电压Usmin。
[0024] 串联式光伏方阵最低输出供电电压Usmin也是逆变器或直流设备直流启动电压。 当Usmin满足逆变器或直流设备启动工作电压时，每个光伏组串功率单元同时监测到有电 流输出。此时每个光伏组串功率单元中的光伏组串高压隔离功率调节模块自动计算光伏组 串最大功率点，并通过通讯接口向逆变器或直流设备传输光伏组串最大功率点数据，逆变 器或直流设备接收数据后，分析所有光伏组串高压隔离功率调节模块数据，并给出每个光 伏组串功率单元最佳电压值Un及相等的输出电流值Is，每个光伏组串功率单元依据此电 压、电流值输出电压和电流。
[0025] 随着辐照强度增加或减小，每个光伏组串功率单元中的光伏组串输出功率同步增 加或减小，同时经该光伏组串功率单元的光伏组串高压隔离功率调节模块进行检测，并对 光伏组串最大功率点跟踪。光伏组串1?压隔尚功率调节I旲块将检测、计算的光伏组串最大 功率点数据经通讯接口上传到逆变器或直流设备中，逆变器或直流设备接收数据后，分析 所有光伏组串高压隔离功率调节模块数据，并给出每个光伏组串功率单元最佳电压值Un 及相等电流值Is，每光伏组串功率单元依据此电压、电流值输出电压和电流。
[0026] 当某个光伏组串受云遮、粉尘、故障影响输出功率减小，或无辐照量，光伏组串输 出为Ον时，经该光伏组串功率单元的光伏组串高压隔离功率调节模块的MPPT光伏组串最 大功率点自动跟踪电路检测，光伏组串输出功率不能满足光伏组串高压隔离功率调节模块 最小输出功率，或无法满足光伏组串高压隔离功率调节模块自供电源启动功率时，光伏组 串高压隔离功率调节模块停止工作，高压隔离变压器经整流电路直流输出电压〇ν，输出阻 抗为0Ω，相当于输出短路，不影响串联式光伏方阵中其他光伏组串功率单元输出功率。此 时逆变器或直流设备不能收到该光伏功率单元的数据，但逆变器或直流设备仍可接收到其 它正常工作光伏组串功率单元的上传数据，逆变器或直流设备依此数据进行分析计算向其 他光伏组串功率单元发送数据，给出光伏组串功率单元最佳电压值Un及相等的输出电流 值Is，光伏组串功率单元依据此电压、电流值输出电压和电流。
[0027] 正常辐照下逆变器或直流设备正常停机，或意外停止工作，或无通讯、或无负载或 输入断开时，光伏组串功率单元中的光伏组串高压隔离功率调节模块实时监测逆变器或直 流设备的通讯数据及光伏组串功率单元的输出电流Is，当通讯数据中断或输出电流Is减 小到逆变器或直流设备的工作电流下限值时，光伏组串高压隔离功率调节模块快速响应， 在短时间内（<20ms)进入默认安全工作状态，即输出微功率脉冲电压〈Unmin，实时监测光 伏组串功率单元输出电流Is。当监测到光伏组串功率单元输出电流Is达到一定值时，说明 逆变器或直流设备已接入进入启动准备状态，同时建立通讯联系，此时光伏组串功率单元 输出电压Unmin。此过程用于检测逆变器或直流设备是否接入串联式光伏方阵或工作。
[0028] 由于光伏组串功率单兀定时输出微功率脉冲电压〈Unmin的启动电压，经η个光 伏组串功率单元串联后的串联式光伏方阵输出电压很低，小于η个单元光伏组串功率单元 串联后电压之和Usmin，并且微功率输出电流很小，很好避免了直流高电压大电流拉电弧现 象，解决了直流高压通用电气的选型问题，换言之也就是在逆变器或直流设备正常或意外 停止工作，或无通讯、或无负载或输入断开状态时，光伏组串功率单元快速反应，在短时间 内（<20ms)转换默认安全工作状态，使组串式光伏方阵输出低电压微功率脉冲，解决了直 流高压通用电气在有负载情况下可低电压小电流接通或断开。
[0029] 由于串联式光伏方阵每个光伏组串功率单元统一受逆变器或直流设备协调管理， 其光伏组串功率可以不同，光伏组串功率单元串接数量可依据电网、逆变和直流设备、电站 面积需求而定。由此光伏组串经光伏组串高压隔离功率调节模块高压隔离输出，使光伏组 串功率单兀的隔尚电压大大提商，所以η个光伏组串功率单兀串接成为可能，提商电压等 级、增加了串联式光伏方阵功率。
[0030] 本发明具有以下优点：
[0031] 1、串联式光伏方阵可实现中高压直流输出，提高光伏阵列功率；
[0032] 2、高压直流输电电缆损耗减小，可实现远距离长线传输；
[0033] 3、串联式光伏方阵由于电压等级提高，可实现该电压等级下的无变压器输出，减 少损耗、降低成本。
[0034] 4、相对并联式光伏方阵，串联式光伏方阵可实现每个光伏组串更低的电压输出启 动逆变器或直流设备。
[0035] 5、串联式光伏方阵中每个光伏组串功率单元统一受逆变设备或直流设备协调管 理，具备最佳功率调节输出，可实现不同功率光伏组串功率单元的串联，解决建筑屋顶光伏 电站由于屋顶面积不同安装组件功率不一致及固定物体周期性对组件的遮挡，不能安装组 件问题，充分利用有限的空间实现电站发电最大化。
[0036] 6、串联式光伏方阵中摒弃了汇流设备大大降低故障率、功率损耗及成本，特别是 为小功率分布式电站提供简单的连接方式。
[0037] 7、由于采用模块化思路使工程安装方便、使用可靠。
【专利附图】
【附图说明】
[0038] 图1为串联式光伏方阵原理框图；
[0039] 图2为串联式光伏方阵发电系统框图；
[0040] 图3为光伏组串高压隔离功率调节模块内部电路连接框图；
[0041] 图4为现有技术的集中式光伏发电系统框图；
[0042] 图5为现有技术的组串式光伏发电系统框图。
【具体实施方式】
[0043] 以下结合附图和【具体实施方式】进一步说明本发明。
[0044] 本发明串联式光伏方阵由η个光伏组串功率单元串联组成，分别为：光伏组串功 率单元1、光伏组串功率单元2、光伏组串功率单元3···光伏组串功率单元η。光伏组串功率 单元由光伏组串和光伏组串高压隔离功率调节模块串联组成。
[0045] 所述光伏组串的输出端与光伏组串高压隔离功率调节模块的输入端连接，经该光 伏组串高压隔离功率调节模块DC/DC隔离端口输出。
[0046] 光伏组串功率单元中，光伏组串的输出端Vzn+、Vzn -分别与光伏组串高压隔离 功率调节模块输入端Vin+、Vin-连接，光伏组串输出的功率经该模块DC/DC隔离输出端口 Von+、Von -输出，电压值为Un。由于光伏组串高压隔离功率调节模块的加入，使光伏组串 功率单元的隔离电压> Usmax。每个光伏组串高压隔离功率调节模块都具有一个通讯接口 Tn，所述通讯接口 Tn，以及该模块的DC/DC隔离输出端口 Von+、Von -也是光伏组串功率单 元的通讯接口和输出端。同样，光伏组串高压隔离功率调节模块的隔离电压值也是光伏组 串功率单元的隔离电压值。通讯接口 Τη可接光纤或无线通讯模块。
[0047] 所述的光伏组串高压隔离功率调节模块是由自供电源、ΜΡΡΤ光伏组串最大功率点 自动跟踪电路、功率调节电路、通讯接口电路、整流电路和高压隔离变压器组成。
[0048] 光伏组串的输出端与光伏组串高压隔离功率调节模块的输入端连接。如图3所 示，光伏组串高压隔离功率调节模块的输入由自供电源的输入端和ΜΡΡΤ光伏组串最大功 率点自动跟踪电路的输入端并联组成。ΜΡΡΤ光伏组串最大功率点自动跟踪电路的输出端与 功率调节电路的输入端连接，功率调节电路的输出端与高压隔离变压器的输入端连接，高 压隔离变压器的输出端与整流电路的输入端连接，整流电路的输出端就是光伏组串高压隔 离功率调节模块的输出端，也是光伏组串功率单元的输出端，光伏组串的输出功率最终经 高压隔离变压器电气隔离后，由整流电路直流输出，实现光伏组串经光伏组串高压隔离功 率调节模块的DC/DC隔离输出。
[0049] 自供电源的输出端分别与ΜΡΡΤ光伏组串最大功率点自动跟踪电路、功率调节电 路，以及通讯接口电路电源的输入端连接，提供每个电路工作电源。
[0050] 通讯接口电路是一个双端输入输出通讯接口电路，通讯接口电路的一端与功率调 节电路通讯接口连接，另一端也是光伏组串功率单元的通讯接口，通讯接口电路通过无线 或光纤与其他光伏组串功率单元、逆变器或直流设备连接，将逆变器或直流设备的控制命 令及数据与每个光伏组串功率单元进行交互。
[0051] ΜΡΡΤ光伏组串最大功率点自动跟踪电路对光伏组串进行最大功率点跟踪，实现光 伏组串最大功率输出。光伏组串的最大功率输出经功率调节电路与高压隔离变压器配合， 按照控制策略及逆变器或直流设备的命令进行PWM功率调节，经高压隔离变压器、整流电 路直流输出。其中高压隔离变压器的隔离电压> Usmax，将该光伏组串与其它光伏组串通 过高压隔离变压器进行电气隔离，如此，可以使每个光伏组串功率单元都能承受直流系统 最大电压Usmax。光伏组串高压隔离功率调节模块中的PWM功率调节、输出电压Un、输出电 流Is通过通讯接口电路经无线或光纤与其他光伏组串功率单元、逆变器或直流设备进行 通讯，完成逆变器或直流设备与串联式光伏方阵相互通信。
[0052] 所述的直流系统最大电压 Usmax = Ulmax+U2max+U3max...+Unmax，Ulmax、U2max... Unmax为光伏组串功率单元1、光伏组串功率单元2到光伏组串功率单元η的每个光伏组串 功率单元输出电压的最大值，而每块光伏组串高压隔离功率调节模块隔离电压> Usmax。
[0053] 所述的光伏组串由若干块光伏组件串联组成，光伏组串的输出端口为Vzn+、Vzn-。 所述的光伏组件是光伏组串的最小发电单元，串联数量主要取决于光伏组件承受的电压， 典型的光伏组串采用20?22块光伏组件串联组成，光伏组件串联后的组串电压控制在 彡1000V功率最大彡7kWp。
[0054] 光伏组串功率单元1的输出负端Vol -与光伏组串功率单元2输出正端V〇2+连 接，光伏组串功率单元2的输出负端V〇2 -与光伏组串功率单元3的输出正端V〇3+连接， 以此类推，光伏组串功率单元n-1的输出负端Von-Ι -与光伏组串功率单元η的输出正端 V〇n+连接，η为正整数，η>1。
[0055] 光伏组串功率单元1的输出电压为U1、光伏组串功率单元2的输出电压为U2、光 伏组串功率单元3的输出电压为U3、……，光伏组串功率单元η的输出电压为Un。串联式 光伏方阵输出电流为Is，也称为系统工作电流。
[0056] 光伏组串功率单元1的通讯接口 T1与光伏组串功率单元2的通讯接口 T2连接， 依次类推。光伏组串功率单元n-1的通讯接口 Tn-1连接至光伏组串功率单元η的通讯接 口 Τη。光伏组串功率单元1的输出Vol+为串联式光伏方阵的高压输出+端，光伏组串功 率单元η的输出Von -为串联式光伏方阵的高压输出-端，其高压输出+、高压输出-输出 电压值为Us，Us = Ul+U2+U3...Un。光伏组串功率单元串联数量可以依据电网、逆变器、分 布式面积需求。经多个光伏组串功率单元串接的串联式光伏方阵输出电压值为Us，如每个 光伏组串功率单元输出平均电压为500v，n = 20则Us = ΙΟΟΟΟν远远高于并联式光伏组串 ΙΟΟΟν，提1? 了电压等级，增加了功率。
[0057] 图2所示为本发明串联式光伏方阵的结构。多个光伏组件组成光伏组串，每组光 伏组串的输出对应连接一个光伏组串高压隔离功率调节模块。光伏组串与光伏组串高压隔 离功率调节模块串联组成光伏组串功率单元。光伏组串1，···，光伏组串η对应连接光伏组 串高压隔离功率调节模块1，…，光伏组串高压隔离功率调节模块η，经光伏组串高压隔离 功率调节模块进行组串高压隔离功率调节输出。光伏组串高压隔离功率调节模块1的正极 与逆变器或直流设备的输入正端连接，光伏组串高压隔离功率调节模块η的负极与逆变器 或直流设备的输入负端连接，组成+、-正负直流串联式光伏方阵。
[0058] 与图4所示的集中型光伏发电系统、图5所示的组串型光伏发电系统相比，本发明 串联式光伏方阵的优点为：
[0059] 1、图2所示的串联式光伏方阵中没有汇流设备，图4所示的集中型光伏发电系统 中的汇流箱、直流柜，图5所示的组串型光伏发电系统中的交流柜都属于汇流设备，功率不 同配置的数量不同，而在光伏系统中汇流设备出现故障率高、损耗大。本发明串联式光伏方 阵摒弃了大量汇流设备，降低损耗、降低了成本、提高了可靠性；
[0060] 2、图2所示的串联式光伏方阵中，光伏组串就近与光伏组串高压隔离功率调节模 块连接，图2的光伏组串高压隔离功率调节模块之间都通过单根电缆串联连接，输出电流 是一串光伏组串电流（目如光伏组串最大短路电流< 10A)。而图4、图5所不的系统中，汇 流设备安装位置必须兼顾多组光伏组串安放布局，造成η多对电缆到汇流设备安装位置在 汇流设备内并联，（如16路汇流箱完成16路光伏组串并联，电缆数量为16X2,其汇流电流 为16Χ10Α = 160Α，η台组串式逆变器交流输出经ηΧ4根交流电缆并联，汇流后电流增加 η倍，而汇流设备再经2根直流或4根交流大电流电缆到上一级汇流设备或逆变器内并联， 相比图2所示的串联式光伏方阵，电缆数量大大增加，而且电流大，损耗、成本增加；
[0061] 3、图2所示的串联式光伏方阵，光伏组串可通过光伏组串高压隔离功率调节模块 之间的串联提高逆变器或直流设备输入直流电压，如每个光伏组串功率单元输出平均电压 为500ν，20个光伏组串功率单元，则逆变、直流设备输入电压Us = 20X500V = ΙΟΟΟΟν可 远高于图4、图5所示的逆变器输入电压〈ΙΟΟΟν，在同等功率条件下使串联结构电流减小， 改变并联大电流传输电流方式，减少电缆及设备的功率损耗，并且提升光伏方阵功率；
[0062] 4、图2所示的串联式光伏方阵中，光伏组串通过光伏组串高压隔离功率调节模块 之间的串联提高逆变器或直流设备输入直流电压，可实现低于输入直流电压/ ν?无变压器 并网输出，而图4、图5所示的光伏发电系统，由于逆变器输入直流电压< 1000V的限制，只 能满足逆变器交流输出电压< 400v系统无变压器并网，更高电压并网则须经高压变压器 转化输出，电流大、损耗大、成本高；
[0063] 5、图2中的串联式光伏方阵是正、负2线直流输出，其同等输出功率条件下与图4 的集中式光伏发电系统采用多组两根直流电缆并联，图5所示的组串式光伏发电系统采用 多组3相4线交流电缆输出并联相比，电缆大大减少，而且电流小，减少电缆损耗。图2所示 串联式光伏方阵结构+、-直流输出，增加了光伏组串的串联数量，提高了直流供电功率；
[0064] 6、图2所示的串联式光伏方阵中，光伏组串通过光伏组串高压隔离功率调节模块 输出电压灵活，可使光伏组串在更低电压条件下经光伏组串高压隔离功率调节模块之间的 串联提高输出直流电压，满足逆变、直流设备启动电压。而图4所示的光伏发电系统，由 于光伏组串的并联结构所限，使每串光伏组串并联输出电压依据并网电压而提高，才能满 足逆变器的输入启动电压基本条件，如在380v交流电网系统中，光伏组串输出直流电压 >400vX 以上才能满足启动逆变器工作基本条件。
[〇〇65] 7、逆变器或直流设备在电力电子设备拓扑结构中分为电流型或电压型，其特点： 电压型电压高电流小，损耗小，而电流型电压低电流大，损耗大。图2所示的串联式光伏方 阵采用串联结构，逆变器或直流设备输入电流小，使每块调节模块自身消耗功率小无需扇 热处理。同样采用串联式光伏方阵，逆变器或直流设备输入电压高电流小，宜采用电压型拓 扑结构逆变器或直流设备功耗小。而图4所示的光伏发电系统由于光伏组串采用并联结 构，输出电压< ΙΟΟΟν，电流大，采用电流型拓扑结构逆变器，相比图2的串联式光伏方阵中 的电压型逆变、直流设备，功率损耗大，效率低。
【权利要求】
1. 一种串联式光伏方阵，其特征在于，所述的光伏方阵由η个光伏组串功率单元串联 组成，η > 1 ;光伏组串功率单兀由光伏组串和光伏组串商压隔尚功率调节|旲块串联组成； 所述光伏组串的输出端与光伏组串高压隔离功率调节模块的输入端连接，经该光伏组串高 压隔离功率调节模块DC/DC隔离端口输出。
2. 按照权利要求1所述的光伏方阵，其特征在于，所述的光伏组串高压隔离功率调节 模块由自供电源、ΜΡΡΤ光伏组串最大功率点自动跟踪电路、功率调节电路、通讯接口电路、 整流电路和高压隔离变压器组成； 光伏组串的输出端与光伏组串高压隔离功率调节模块的输入端连接；光伏组串高压隔 离功率调节模块的输入端由自供电源的输入端和ΜΡΡΤ光伏组串最大功率点自动跟踪电路 的输入端并联连接组成；ΜΡΡΤ光伏组串最大功率点自动跟踪电路的输出端与功率调节电 路的输入端连接，功率调节电路的输出端与高压隔离变压器的输入端连接，高压隔离变压 器的输出端与整流电路的输入端连接，整流电路的输出端为光伏组串高压隔离功率调节模 块的输出端，也是光伏组串功率单元的输出端；光伏组串的输出功率最终经高压隔离变压 器电气隔离后，由整流电路直流输出；自供电源的输出端分别与ΜΡΡΤ光伏组串最大功率点 自动跟踪电路、功率调节电路，以及通讯接口电路电源的输入端连接，提供每个电路工作电 源； 通讯接口电路是一个双端输入输出通讯接口电路，通讯接口电路的一端与功率调节电 路通讯接口连接，通讯接口电路的另一端通过无线或光纤与其他光伏组串功率单元、逆变 器或直流设备连接，将逆变器或直流设备的控制命令及数据与每个光伏组串功率单元进行 交互。
3. 按照权利要求1所述的光伏阵列，其特征在于，每个所述的光伏组串通过光伏组串 高压隔离功率调节模块进行高压电气隔离后输出，使每个光伏组串功率单元的耐电压>直 流系统电压Usmax。
【文档编号】H02S30/00GK104113280SQ201410318954
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年7月5日 优先权日:2014年7月5日
【发明者】王哲, 许兰刚, 定世攀, 刘丽敏, 王胜利 申请人:北京科诺伟业科技股份有限公司