一种光伏发电系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种光伏发电系统，包括：DC/DC模块、逆变器、变压器和至少两个相互并联的组串；所述DC/DC模块的一个输入端连接至母线正极，另一个输入端连接至母线负极；所述DC/DC模块的两个输出端分别与母线和组串相连接；所述母线正极和母线负极分别与逆变器相连接，所述逆变器与变压器相连接；其中，所述DC/DC模块从相互并联的组串取电以输出补偿电压△V，所述补偿电压△V与组串的电压相叠加，进而抬高母线电压。本发明能够提升母线电压和提高逆变器功率密度，降低了成本，并省去了两条母线和三条逆变器至变压器的线缆，兆瓦房体积更小。
【专利说明】一种光伏发电系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种发电系统，尤其涉及一种低成本的光伏发电系统。
【背景技术】
[0002] 太阳能的光伏发电系统已经取得大规模应用，而大型的光伏电站通常采用集中式 的光伏发电系统，该光伏发电系统通常是由两个500kW逆变器并联，然后接一个1丽的双分 裂变压器入网；与逆变器相连的组串电池板都并联在一起，然后经过汇流箱和配电柜，最后 接入逆变器。
[0003] 这种现有的光伏发电系统直流侧的开口电压小于1000V，最大功率点电压工作被 限制在450?650V，因此逆变器输出电压限制在315Vac，500kW逆变器最大输入电流为 1100A ;如果需要进一步增大逆变器输出功率，则逆变器输入电流也会进一步增大，势必需 要采用更大电流容量的半导体功率器件和开关器件，那么，整个光伏发电系统的造价将急 剧上升。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是需要提供一种提高功率密度、降低成本以及减小兆 瓦房体积的太阳能的光伏发电系统。
[0005] 对此，本发明提供一种光伏发电系统，包括：DC/DC模块、逆变器、变压器和至少两 个相互并联的组串；所述DC/DC模块的一个输入端连接至母线正极，另一个输入端连接至 母线负极；所述DC/DC模块的两个输出端分别与母线和组串相连接；所述母线正极和母线 负极分别与逆变器相连接，所述逆变器与变压器相连接；其中，所述DC/DC模块从相互并联 的组串取电以输出补偿电压Λ V，所述补偿电压Λ V与组串的电压相叠加，进而抬高母线电 压。
[0006] 所述组串为光伏发电系统的光伏组串，多个组串相互之间并联，每一个组串均与 所述DC/DC模块相串接，而且DC/DC模块带有ΜΡΡΤ功能，所述DC/DC模块作用于组串的外 部；所述补偿电压Λ V为组串中取电之后所输出的电压值，用于抬高母线电压。
[0007] 所述DC/DC模块的两个输出端分别与母线和组串相连接，进而能够通过针对组串 进行取电后输出补偿电压Λ V。
[0008] 现有技术中，光伏发电系统通常是由两个500kW逆变器并联，然后接一个1MW的双 分裂变压器入网；与逆变器相连的组串电池板都并在一起，然后经过汇流箱和配电柜，最后 接入逆变器；而这种现有的光伏发电系统直流侧的开口电压小于1000V，最大功率点电压 工作被限制在450?650V，因此逆变器输出电压限制在315Vac，逆变器的输出功率只能达 至lj500kW，而该500kW逆变器最大输入电流为1100A ;如果需要进一步增大逆变器输出功率， 则逆变器输入电流也会进一步增大，势必需要采用更大电流容量的半导体功率器件和开关 器件，那么，整个光伏发电系统的造价将急剧上升。针对现有技术的这个问题，本发明提出 一种低成本的光伏发电系统。
[0009] 本发明可以通过DC/DC模块输出补偿电压Λ V将母线电压提升至900Vdc，则逆变 输出电压达630Vac，即逆变器的输出电压是现有技术315Vac的两倍，则在相同的输入电流 1100A下，逆变器输出的功率可达1000kW ;逆变器的功率器件都是按照1000V的规格设计， 当逆变器输入电压为900V时，由于最大输入电流仍为1100A，即输出最大电流没有变化，因 此大部分功率器件可以不做任何更改，而功率密度却能够提高一倍，即成本最多可以降低 一半；在此基础上，由于本发明的连接关系，将现有技术的两个逆变器合二为一，省去了两 条母线和三条逆变器至变压器的线缆，兆瓦房体积更小，并且，本发明的变压器可以采用更 便宜的双绕组变压器来实现相同的发电效果。
[0010] 加之，本发明引入的DC/DC模块的成本较低，该DC/DC模块仅为逆变器成本的三分 之一，因此，本发明能显著降低光伏发电系统的电气设备价格。
[0011] 本发明的进一步改进在于，所述DC/DC模块的一个输出端连接至母线负极，所述 DC/DC模块的另一个输出端连接至组串负极，所述组串的正极与母线正极相连接。
[0012] 也就是说，所述DC/DC模块的一个输入端接到母线正极，另一个输入端接到母线 负极；所述DC/DC模块的一个输出端接到母线负极，另一个输出端接到组串负极，这样就能 够将DC/DC模块串接放在组串的最下面，在实现了提升光伏发电系统的发电量和控制成本 的基础上，还使得布线简单、清晰，电路规范有序，不易出错。
[0013] 本发明的进一步改进在于，所述DC/DC模块的一个输出端连接至母线正极，所述 DC/DC模块的另一个输出端连接至组串正极，所述组串的负极与母线负极相连接。
[0014] 也就是说，所述DC/DC模块的一个输入端接到母线正极，另一个输入端接到母线 负极；所述DC/DC模块的一个输出端接到母线正极，另一个输出端接到组串正极，这样就能 够将DC/DC模块串接放在组串的最上面，在实现了提升光伏发电系统的发电量和控制成本 的基础上，还使得布线简单、清晰，电路规范有序，不易出错。
[0015] 本发明的进一步改进在于，所述DC/DC模块包括至少两个相互并联的DC/DC单元； 所述DC/DC单元的一个输入端连接至母线正极，另一个输入端连接至母线负极；所述DC/DC 单元的两个输出端分别与母线和组串相连接。
[0016] 本发明的进一步改进在于，所述DC/DC模块包括控制器和降压电路，所述控制器 为相关闭环控制器。
[0017] 本发明的进一步改进在于，所述降压电路包括电容Cin、电容C0、二极管D、电感L 和开关管Q ;所述电容Cin与输入端正负极连接，所述开关管Q -端与Cin连接，另一端和 二极管D的阳极连接；所述二极管D的阳极分别与开关管Q和电感L连接，所述二极管D的 阴极与电路负极连接；所述电感L 一端与二极管D的阳极连接，另一端与输出端正极连接； 所述电容C0与输出端正负极连接。
[0018] 本发明的进一步改进在于，所述控制器发送驱动信号至IGBT场效应管的G级，所 述控制器连接至降压电路的输入端以采集输入电压，所述控制器连接至降压电路的输出端 以采集输出电压和/或输出电流。
[0019] 本发明的进一步改进在于，所述DC/DC模块包括MPPT单元，所述MPPT单元包括以 下步骤：首先，控制器采集母线的电压和电流，计算出当前所有组串的输出总功率；其次， 降压电路开始工作，尝试增大或减少组串的输出电压；然后，控制器再次采集母线的电压和 电流，如果母线的输出功率增加，则向同方向调整其输出电压；如果该母线的输出功率下 降，则向反方向调整其输出电压；直到找到系统的最大功率点。
[0020] 本发明的进一步改进在于，所述逆变器具有母线电压稳定功能，用于将母线电压 稳定在某一电压值。优选的，所述逆变器将母线电压稳定在700至1000V，尤其是900V的时 候，效果最佳。
[0021] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：对光伏发电系统的大部分功率器件可 以不做任何更改，而功率密度却能够提高一倍，即成本最多可以降低一半；在此基础上，将 现有技术的两个逆变器合二为一，省去了两条母线和三条逆变器至变压器的线缆，兆瓦房 体积更小，并且，本发明的变压器可以采用更便宜的双绕组变压器来实现相同的发电效果； 加之，引入的DC/DC模块的成本较低，该DC/DC模块仅为逆变器成本的三分之一，因此，本发 明能显著降低光伏发电系统的电气设备价格。
[0022] 本发明在1丽的光伏发电系统中的成功实施，一方面能减少1台逆变器以及配套 的汇流箱、配电柜的投入和线缆的使用，能使用更便宜的双绕组并网变压器；另一方面，兆 瓦房的体积缩小至少1/3。而新投入的DC/DC模块成本仅为一台逆变器的成本的1/3? 1/2,因此，本发明能极大地降低光伏系统的电气设备成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1是本发明实施例2的结构示意图；
[0024] 图2是现有技术的结构示意图；
[0025] 图3是本发明实施例3的结构示意图；
[0026] 图4是本发明实施例4的DC/DC模块的电路拓扑图；
[0027] 图5是本发明实施例5的工作过程流程图。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。
[0029] 实施例1 :
[0030] 如图1、图3和图5所不，本例提供一种光伏发电系统，包括：DC/DC模块、逆变器、 变压器和至少两个相互并联的组串；所述DC/DC模块的一个输入端连接至母线正极，另一 个输入端连接至母线负极；所述DC/DC模块的两个输出端分别与母线和组串相连接；所述 母线正极和母线负极分别与逆变器相连接，所述逆变器与变压器相连接；其中，所述DC/DC 模块从相互并联的组串取电以输出补偿电压Λ V，所述补偿电压Λ V与组串的电压相叠加， 进而抬高母线电压。
[0031] 现有技术中，如图2所示，光伏发电系统通常是由两个500kW逆变器并联，然后接 一个1MW的双分裂变压器入网；与逆变器相连的组串电池板都并在一起，然后经过汇流箱 和配电柜，最后接入逆变器；而这种现有的光伏发电系统直流侧的开口电压小于1000V，最 大功率点电压工作被限制在450?650V，因此逆变器输出电压限制在315Vac，逆变器的输 出功率只能达到500kW，而该500kW逆变器最大输入电流为1100A ;如果需要进一步增大逆 变器输出功率，则逆变器输入电流也会进一步增大，势必需要采用更大电流容量的半导体 功率器件和开关器件，那么，整个光伏发电系统的造价将急剧上升。针对现有技术的这个问 题，本例提出一种低成本的光伏发电系统。
[0032] 本例可以通过DC/DC模块输出补偿电压Λ V将母线电压提升至900Vdc，则逆变输 出电压达630Vac，即逆变器的输出电压是现有技术315Vac的两倍，则在相同的输入电流 1100A下，逆变器输出的功率可达1000kW ;逆变器的功率器件都是按照1000V的规格设计， 当逆变器输入电压为900V时，由于最大输入电流仍为1100A，即输出最大电流没有变化，因 此大部分功率器件可以不做任何更改，而功率密度却能够提高一倍，即成本最多可以降低 一半；在此基础上，由于本例的连接关系，将现有技术的两个逆变器合二为一，省去了两条 母线和三条逆变器至变压器的线缆，兆瓦房体积更小，并且，本例的变压器可以采用更便宜 的双绕组变压器来实现相同的发电效果。
[0033] 加之，本例引入的DC/DC模块的成本较低，该DC/DC模块仅为逆变器成本的三分之 一，因此，本例能显著降低光伏发电系统的电气设备价格。
[0034] 本例的专业术语解释如下：MPPT为最大功率点跟踪；大型光伏电站中，通常以1MW 为单元，独立并网，兆瓦房即为1MW光伏系统中安装逆变器、配电柜、通讯柜、监控器的土建 房或集装箱，其输出功率为1MW ;双分裂变压器：原边为两个独立绕组，副边为一个绕组的 变压器；双绕组变压器：原副边都只有一个绕组的变压器。
[0035] 实施例2 :
[0036] 如图1所示，在实施例1的基础上，本例所述DC/DC模块的一个输出端连接至母线 负极，所述DC/DC模块的另一个输出端连接至组串负极，所述组串的正极与母线正极相连 接。
[0037] 也就是说，所述DC/DC模块的一个输入端接到母线正极，另一个输入端接到母线 负极；所述DC/DC模块的一个输出端接到母线负极，另一个输出端接到组串负极，这样就能 够将DC/DC模块串接放在组串的最下面，在实现了提升光伏发电系统的发电量和控制成本 的基础上，还使得布线简单、清晰，电路规范有序，不易出错。
[0038] 实施例3 :
[0039] 如图3所示，在实施例1的基础上，本例所述DC/DC模块的一个输出端连接至母线 正极，所述DC/DC模块的另一个输出端连接至组串正极，所述组串的负极与母线负极相连 接。
[0040] 也就是说，所述DC/DC模块的一个输入端接到母线正极，另一个输入端接到母线 负极；所述DC/DC模块的一个输出端接到母线正极，另一个输出端接到组串正极，这样就能 够将DC/DC模块串接放在组串的最上面，在实现了提升光伏发电系统的发电量和控制成本 的基础上，还使得布线简单、清晰，电路规范有序，不易出错。
[0041] 实施例4:
[0042] 如图4所示，在实施例1至实施例3中任意一个实施例的基础上，本例所述DC/DC 模块包括控制器和降压电路，所述控制器为相关闭环控制器。
[0043] 本例所述降压电路包括电容Cin、电容C0、二极管D、电感L和开关管Q ;所述电容 Cin与输入端正负极连接，所述开关管Q -端与Cin连接，另一端和二极管D的阳极连接； 所述二极管D的阳极分别与开关管Q和电感L连接，所述二极管D的阴极与电路负极连接； 所述电感L 一端与二极管D的阳极连接，另一端与输出端正极连接；所述电容C0与输出端 正负极连接。
[0044] 本例所述控制器发送驱动信号至IGBT场效应管的G级，所述控制器连接至降压电 路的输入端以采集输入电压，所述控制器连接至降压电路的输出端以采集输出电压和输出 电流。
[0045] 实施例5 :
[0046] 在实施例4的基础上，本例所述DC/DC模块包括MPPT单元，所述MPPT单元包括以 下步骤：首先，控制器采集母线的电压和电流，计算出当前母线的输出总功率；其次，降压 电路开始工作，尝试增大或减少所有组串的输出电压；然后，控制器再次采集母线的电压和 电流，如果母线的输出功率增加，则向同方向调整其输出电压，即原本是增大组串的输出电 压就继续增大其输出电压，原本是减少组串的输出电压就继续减少其输出电压；如果组串 的输出功率下降，则向反方向调整其输出电压，即原本是增大组串的输出电压就改变为减 少其输出电压，原本是减少组串的输出电压就改变为增大其输出电压；直到找到其最大功 率点。如此循环工作，即可实现每一个组串的MPPT功能。
[0047] 图5为本例的MPPT单元的实现工作流程图，如图5所示，初始化之后，控制器采 集母线的电压V k和电流值Ik，计算出当前组串的输出总功率；降压电路开始工作，尝试增大 或减少所有组串的输出电压；然后，控制器再次采集母线的电压V k+1和电流值Ik+1，如果母 线功率增加，即Vk+1*Ik+1 > Vk*Ik，则再次向同方向调整其输出电压，即原来是增大输出电压 Λ V还继续增大其输出电压Λ V，原来是减少输出电压Λ V就继续减少其输出电压Λ V ;如 果功率下降，则向反方向尝试调整其输出电压，即原来是增大输出电压Λ V就改变为减少 其输出电压Λ V，原来是减少输出电压Λ V就改变为增大其输出电压Λ V ;然后将当前新的 输出电压/电流数值赋给Vk和Ik，即Vk = Vk+1，Ik = Ik+1，进入下一个循环。如此循环工作， 即可实现系统的MPPT功能，所述k为自然数。
[0048] 本发明的进一步改进在于，所述逆变器具有母线电压稳定功能，逆变器通过自身 控制系统，将母线电压稳定在某一个数值，进而协助DC/DC模块实现MPPT功能；本例所述逆 变器依据输出交流电压值270Vac或315Vac，进而将母线电压稳定控制在800至1000V之间 的某一数值，例如900V。
[0049] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定 本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属【技术领域】的普通技术人员来说，在 不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的 保护范围。
【权利要求】
1. 一种光伏发电系统，其特征在于，包括：DC/DC模块、逆变器、变压器和至少两个相互 并联的组串；所述DC/DC模块的一个输入端连接至母线正极，另一个输入端连接至母线负 极；所述DC/DC模块的两个输出端分别与母线和组串相连接；所述母线正极和母线负极分 别与逆变器相连接，所述逆变器与变压器相连接；其中，所述DC/DC模块从相互并联的组串 取电以输出补偿电压Λ V，所述补偿电压Λ V与组串的电压相叠加，进而抬高母线电压。
2. 根据权利要求1所述的光伏发电系统，其特征在于，所述DC/DC模块的一个输出端连 接至母线负极，所述DC/DC模块的另一个输出端连接至组串负极，所述组串的正极与母线 正极相连接。
3. 根据权利要求1所述的光伏发电系统，其特征在于，所述DC/DC模块的一个输出端连 接至母线正极，所述DC/DC模块的另一个输出端连接至组串正极，所述组串的负极与母线 负极相连接。
4. 根据权利要求1至3任意一项所述的光伏发电系统，其特征在于，所述DC/DC模块包 括至少两个相互并联的DC/DC单元；所述DC/DC单元的一个输入端连接至母线正极，另一个 输入端连接至母线负极；所述DC/DC单元的两个输出端分别与母线和组串相连接。
5. 根据权利要求1至3任意一项所述的光伏发电系统，其特征在于，所述DC/DC模块包 括控制器和降压电路，所述控制器为相关闭环控制器。
6. 根据权利要求5所述的光伏发电系统，其特征在于，所述降压电路包括电容Cin、电 容C0、二极管D、电感L和开关管Q ;所述电容Cin与输入端正负极连接，所述开关管Q -端 与Cin连接，另一端和二极管D的阳极连接；所述二极管D的阳极分别与开关管Q和电感L 连接，所述二极管D的阴极与电路负极连接；所述电感L 一端与二极管D的阳极连接，另一 端与输出端正极连接；所述电容C0与输出端正负极连接。
7. 根据权利要求6所述的光伏发电系统，其特征在于，所述控制器发送驱动信号至 IGBT场效应管的G级，所述控制器连接至降压电路的输入端以采集输入电压，所述控制器 连接至降压电路的输出端以采集输出电压和/或输出电流。
8. 根据权利要求5所述的光伏发电系统，其特征在于，所述DC/DC模块包括MPPT单元， 所述MPPT单元包括以下步骤：首先，控制器采集组串的电压和电流，计算出当前组串的输 出总功率；其次，降压电路开始工作，尝试增大或减少该组串的输出电压；然后，控制器再 次采集该组串的电压和电流，如果该组串的输出功率增加，则向同方向调整其输出电压；如 果该组串的输出功率下降，则向反方向调整其输出电压；直到找到每一个组串的最大功率 点。
9. 根据要求8所述的光伏发电系统，其特征在于，所述逆变器包括母线电压稳定功能， 用于将母线电压稳定在某一电压值。
【文档编号】H02J3/38GK104143835SQ201410371288
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年7月30日 优先权日:2014年7月30日
【发明者】刘程宇, 温志伟, 江红胜, 黄雅婷 申请人:深圳科士达科技股份有限公司