一种光伏逆变系统及其PID效应补偿方法和装置与流程

本发明涉及PID效应补偿技术领域，特别涉及一种光伏逆变系统及其PID效应补偿装置和方法。

背景技术：

PID(Potential Induced Degradation，电位诱导衰减)效应，是指光伏组件在其输出(即光伏逆变系统的组串输入)对金属边框承受较高的负偏压时，出现的一种输出性能下降的现象，主要表现在组件开路电压、短路电流及填充因子下降等。近年来，随着光伏并网发电系统的大力发展，光伏逆变系统的组串输入电压配置也越来越高，1500V系统正逐步推广应用。而由于光伏组件的金属边框一般都要接地，这样在较高的组串输入电压下，靠近组串负极端的光伏组件内部，电池板与其接地金属边框之间将形成较高的负偏压，从而发生电荷迁移，出现表面极化现象，且越靠近组串负极端的光伏组件其极化现象越明显(如图1所示)。在该负偏压长期作用下，特别是高温和高湿条件下，光伏组件将出现严重的PID效应，导致系统发电量逐年降低。

当前光伏组件生产商主要通过采用高性能的封装材料来解决组件自身的PID效应，但其成本较高且对现有已建成的光伏电站无能为力。针对现有的光伏系统，常见的方案有光伏组串负极接地方案和交流电网侧虚拟中性点电位抬升方案；其中，光伏组串负极接地方案是将组串负极直接接地，从而保证组串内各串联电池板对地电位始终为正向偏压，从而防止PID效应；而交流电网侧虚拟中性点电位抬升方案，是通过外加直流源抬升交流侧虚拟中性点对地电位，来达到抬升直流输入母线中点对地电位，从而间接实现将输入组件负极对地电位抬升到零电位以上，但该方案只有在逆变器并网时才能起作用。

鉴于PID效应会降低光伏电池板的发电量，而现有常用的PID效应修复解决方案实施成本较高，且上述两种应对PID效应的方案，均只能在一定程度上防止PID效应发生，无法对已经发生PID效应的光伏组件进行修复。

技术实现要素：

本发明提供一种光伏逆变系统及其PID效应补偿装置和方法，以解决现有技术中成本高及无法对已经发生PID效应的光伏组件进行修复的问题。

为实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：

一种光伏逆变系统的PID效应补偿方法，应用于光伏逆变系统的PID效应补偿装置，所述光伏逆变系统的PID效应补偿装置包括：直流电压采样单元、处理控制单元、隔离AC/DC变换单元及投切防护单元；所述光伏逆变系统的PID效应补偿方法包括：

所述直流电压采样单元输出直流电压信号至所述处理控制单元；

所述处理控制单元根据所述直流电压信号，判断是否满足PID效应补偿条件；

若满足所述PID效应补偿条件，则所述处理控制单元根据记录的所述直流电压信号，计算得到所述隔离AC/DC变换单元的补偿电压；

所述处理控制单元控制所述隔离AC/DC变换单元通过所述投切防护单元，以所述补偿电压施加至光伏组件的正极端与地之间，为所述光伏组件进行PID效应补偿。

优选的，所述处理控制单元根据所述直流电压信号，判断是否满足PID效应补偿条件，包括：

所述处理控制单元判断所述直流电压信号是否大于预设电压；

若所述直流电压信号大于所述预设电压，则所述处理控制单元判定为白天；

若所述直流电压信号小于等于所述预设电压，则所述处理控制单元判定为夜晚，满足所述PID效应补偿条件。

优选的，所述直流电压采样单元输出直流电压信号至所述处理控制单元，包括：

所述直流电压采样单元将所有所述光伏组件的输出电压中最大的输出电压作为所述直流电压信号，输出至所述处理控制单元。

优选的，在所述处理控制单元根据记录的所述直流电压信号，计算得到所述隔离AC/DC变换单元需要输出的补偿电压之前，还包括：

若满足所述PID效应补偿条件，则所述处理控制单元判断所述光伏组件的总对地等效绝缘阻抗是否大于预设阻抗；

若所述光伏组件的总对地等效绝缘阻抗小于等于所述预设阻抗，则所述处理控制单元输出告警信号；

若所述光伏组件的总对地等效绝缘阻抗大于所述预设阻抗，则执行所述处理控制单元根据记录的所述直流电压信号，计算得到所述隔离AC/DC变换单元需要输出的补偿电压的步骤。

优选的，所述投切防护单元包括防护电阻和投切开关；所述处理控制单元根据记录的所述直流电压信号，计算得到所述隔离AC/DC变换单元需要输出的补偿电压，包括：

所述处理控制单元根据记录的所述直流电压信号的大小及作用时间，计算得到所述光伏组件在白天的PID效应累计值；

根据所述PID效应累计值及预设的补偿参数，计算得到所述光伏组件的正极端的最小补偿电压；所述预设的补偿参数包括补偿时间及夜晚补偿累计值与所述PID效应累计值之间的差值；

根据所述最小补偿电压及所述防护电阻和光伏组件的总对地等效绝缘阻抗的分压关系，计算得到所述隔离AC/DC变换单元需要输出的补偿电压。

一种光伏逆变系统的PID效应补偿装置，包括：直流电压采样单元、处理控制单元、隔离AC/DC变换单元及投切防护单元；其中：

所述直流电压采样单元的输入端与光伏组件的输出端相连，用于输出直流电压信号至所述处理控制单元；

所述处理控制单元的输入端与所述直流电压采样单元的输出端相连，所述处理控制单元的输出端分别与所述投切防护单元的控制端和所述隔离AC/DC变换单元的控制端相连；所述处理控制单元用于根据所述直流电压信号，判断是否满足PID效应补偿条件；若满足所述PID效应补偿条件，则根据记录的所述直流电压信号，计算得到所述隔离AC/DC变换单元需要输出的补偿电压；

所述隔离AC/DC变换单元的输入端与电网相连，所述隔离AC/DC变换单元的输出端与所述投切防护单元的输入端相连；所述隔离AC/DC变换单元用于根据所述处理控制单元的控制，输出所述补偿电压；

所述投切防护单元的输出端与所述光伏组件的正极端相连，所述投切防护单元用于传递所述补偿电压，将所述补偿电压施加至所述光伏组件的正极端与地之间，为所述光伏组件进行PID效应补偿。

优选的，所述直流电压采样单元包括：一组共阴极连接二极管和一组共阳极连接二极管；其中：

所述共阴极连接二极管的阳极分别与所述光伏组件的正极端一一对应相连；

所述共阳极连接二极管的阴极分别与所述光伏组件的负极端一一对应相连；

所述共阴极连接二极管的共阴极连接点与所述共阳极连接二极管的共阳极连接点分别为所述直流电压采样单元的两个输出端。

优选的，所述投切防护单元包括：防护电阻、投切开关及一组共阳极连接二极管；其中：

所述投切开关的控制端为所述投切防护单元的控制端；

所述防护电阻与所述投切开关串联连接，串联连接的一端为所述投切防护单元的输入端，串联连接的另一端与所述共阳极连接二极管的共阳极连接点相连；

所述共阳极连接二极管的阴极分别与所述光伏组件的正极端一一对应相连。

优选的，所述隔离AC/DC变换单元的直流输出正极端接所述投切防护单元；

所述隔离AC/DC变换单元的直流输出负极端接地。

一种光伏逆变系统，包括：功率变换装置、滤波装置及上述任一所述的PID效应补偿装置；其中：

所述功率变换装置的输入端与光伏组件相连；

所述功率变换单元的输出端与所述滤波单元的输入端相连；

所述滤波单元的输出端与电网相连。

本发明提供的光伏逆变系统的PID效应补偿方法，通过直流电压采样单元输出直流电压信号至处理控制单元；由所述处理控制单元根据所述直流电压信号，判断是否满足PID效应补偿条件；若满足所述PID效应补偿条件，则所述处理控制单元根据记录的所述直流电压信号，计算得到隔离AC/DC变换单元需要输出的补偿电压；再由所述处理控制单元控制所述隔离AC/DC变换单元通过投切防护单元，以所述补偿电压施加至光伏组件的正极端与地之间，为所述光伏组件进行PID效应补偿。也即，通过所述处理控制单元对各个光伏组件运行工况的记录和PID效应补偿条件的判断，优化计算得到所述补偿电压，进而控制PID补偿装置为所述光伏组件进行PID效应补偿，实现PID效应的补偿修复，可有效解决光伏电站中的光伏组件衰减问题，提高系统发电量，且相比现有技术方案，其实际运行可靠性高且维护成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述内的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是光伏组件其极化现象的示意图；

图2是本发明实施例提供的光伏逆变系统的结构示意图；

图3是本发明另一实施例提供的光伏逆变系统的PID效应补偿方法的另一流程图；

图4是本发明另一实施例提供的光伏逆变系统的PID效应补偿方法的另一流程图；

图5是本发明另一实施例提供的光伏逆变系统的PID效应补偿方法的另一流程图；

图6是现有技术提供的PID效应补偿方案的结构示意图；

图7是本发明另一实施例提供的光伏逆变系统的另一结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

本发明提供一种光伏逆变系统及其PID效应补偿装置和方法，以解决现有技术中成本高及无法对已经发生PID效应的光伏组件进行修复的问题。

具体的，该光伏逆变系统的PID效应补偿方法，应用于光伏逆变系统的PID效应补偿装置，该光伏逆变系统的PID效应补偿装置，参见图2，包括：直流电压采样单元101、处理控制单元102、隔离AC/DC变换单元103及投切防护单元104；该光伏逆变系统的PID效应补偿方法，参见图3，包括：

S101、直流电压采样单元输出直流电压信号至处理控制单元；

该直流电压信号应能表征此时光伏组件的输出能力，以供处理控制单元根据直流电压信号，进行当前的直流电压信号是否满足PID效应补偿条件的判断。

S102、处理控制单元根据直流电压信号，判断是否满足PID效应补偿条件；

在具体的实际应用中，可以根据具体应用环境对该PID效应补偿条件进行设定，比如，在适合光伏电站进行PID效应补偿的时间，以合适的补偿参数对各个光伏组件进行PID效应的补偿修复，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

若满足PID效应补偿条件，则执行步骤S103；

S103、处理控制单元根据记录的直流电压信号，计算得到隔离AC/DC变换单元需要输出的补偿电压；

处理控制单元将接收的直流电压信号进行实时记录，然后以记录的直流电压信号进行计算，得到该补偿电压，即上述内容中合适的补偿参数。

该隔离AC/DC变换单元从电网取电，经过隔离变换后，以计算得到的补偿电压，进行相应直流电压信号下的PID效应补偿；不同的直流电压信号下，该补偿电压也将会不同，也即该PID效应补偿对不同的光伏组件衰减具有补偿修复的针对性。

S104、处理控制单元控制隔离AC/DC变换单元通过投切防护单元，以补偿电压施加至至光伏组件的正极端与地之间，为光伏组件进行PID效应补偿。

处理控制单元计算得到合适的补偿电压之后，控制投切防护单元成为隔离AC/DC变换单元与光伏组件的正极端之间的通路，传递该补偿电压，以实现PID效应的补偿修复。

本实施例提供的光伏逆变系统的PID效应补偿方法，处理控制单元对各个光伏组件运行工况的记录和PID效应补偿条件的判断，优化计算补偿电压，进而控制PID补偿装置为光伏组件进行PID效应补偿，实现PID效应的补偿修复，可有效解决光伏电站中的光伏组件衰减问题，提高系统发电量；相比现有技术方案，其实际运行维护成本低；且以计算得到的补偿电压为光伏组件进行PID效应补偿，提高了补偿的可靠性。

本发明另一实施例还提供了另外一种光伏逆变系统的PID效应补偿方法，参见图4，包括：

S201、直流电压采样单元将所有光伏组件的输出电压中最大的输出电压作为直流电压信号，输出至处理控制单元；

S202、处理控制单元根据直流电压信号，判断直流电压信号是否大于预设电压；

若直流电压信号大于预设电压，则处理控制单元判定为白天；若直流电压信号小于等于预设电压，则处理控制单元判定为夜晚，满足PID效应补偿条件，执行步骤S203；

S203、处理控制单元根据记录的直流电压信号，计算得到隔离AC/DC变换单元需要输出的补偿电压；

S204、处理控制单元控制隔离AC/DC变换单元通过投切防护单元，以补偿电压施加至光伏组件的正极端与地之间，为光伏组件进行PID效应补偿。

本实施例提供的光伏逆变系统的PID效应补偿方法，通过步骤S201获得所有光伏组件的输出电压中最大的输出电压，因此，本实施例只需要采样所有光伏组件的最大输出电压即可，故采样所用的电路大大简化，同时节省了处理控制单元的AD采样口资源。

通过步骤S202，使得光伏电站能够在白天进行正常的逆变发电，并实时记录光伏组件的直流电压信号，一旦根据该直流电压信号判定为夜晚后，即可针对白天正常发电时由于PID效应造成的光伏组件衰减，进行补偿修复。

在具体的实际应用中，可以根据光伏电站的具体应用环境对该预设电压进行设定，使其可以根据季节或者其他环境条件进行调整，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

本发明另一实施例还提供了另外一种光伏逆变系统的PID效应补偿方法，在图3或图4的基础之上，应用的PID效应补偿装置中，投切防护单元包括防护电阻和投切开关；参见图5(以在图4的基础之上为例进行展示)，包括：

S301、直流电压采样单元将所有光伏组件的输出电压中最大的输出电压作为直流电压信号，输出至处理控制单元；

S302、处理控制单元根据直流电压信号，判断直流电压信号是否大于预设电压；

若直流电压信号大于预设电压，则处理控制单元判定为白天；若直流电压信号小于等于预设电压，则处理控制单元判定为夜晚，满足PID效应补偿条件，执行步骤S303；

S303、处理控制单元判断光伏组件的总对地等效绝缘阻抗是否大于预设阻抗；

若光伏组件的总对地等效绝缘阻抗小于等于预设阻抗(或者短路)，则执行步骤S304；

S304、处理控制单元输出告警信号；

若光伏组件的总对地等效绝缘阻抗大于预设阻抗，则执行步骤S305；

S305、处理控制单元根据记录的直流电压信号的大小及作用时间，计算得到光伏组件在白天的PID效应累计值；

S306、根据PID效应累计值及预设的补偿参数，计算得到光伏组件的正极端的最小补偿电压；预设的补偿参数包括补偿时间及夜晚补偿累计值与PID效应累计值之间的差值；

S307、根据最小补偿电压及防护电阻和光伏组件的总对地等效绝缘阻抗的分压关系，计算得到隔离AC/DC变换单元需要输出的补偿电压；

S308、处理控制单元控制隔离AC/DC变换单元通过投切防护单元(闭合投切开关)，以补偿电压施加至光伏组件的正极端与地之间，为光伏组件进行PID效应补偿。

在现有技术中，还存在一种预防光伏电池板的PID效应的实现方法，通过利用高频开关电源抬升各路光伏组串负极(PV1-、PV2-…PVn-)对地电位实现PID效应的补偿修复(如图6所示)。但其高频开关电源输出正极端与每一路光伏组串连接时均需要串接高压保险丝(F1、F2…Fn)以防止各路光伏组串负极对地短路造成高频开关电源的输出短路损坏风险；当短路意外发生时，需要现场更换保险丝；另外该方案需要对每一路光伏组串电压均进行采样(电池1电压采样、电池2电压采样…电池n电压采样)，故该方案的实施和维护成本相对较高。且现有的PID修复控制方法只是机械的施加固定电压抬升组件对地电位，并未对补偿电压幅值和施加时间进行优化处理。

而本实施例所述的光伏逆变系统的PID效应补偿方法，其投切防护单元包括防护电阻和投切开关；其中的防护电阻可以有效防止光伏组件的正极端对地短路时造成隔离AC/DC变换单元输出短路损坏风险，且外部光伏组件短路恢复后，该投切防护单元所有元器件无损伤，无需更换维护。

并且，本实施例提供的光伏逆变系统的PID效应补偿方法，通过步骤S301获得所有光伏组件的输出电压中最大的输出电压，因此，只需要采样所有光伏组件的最大输出电压即可，故采样所用的电路大大简化，同时节省了处理控制单元的AD采样口资源，实施成本较低。

另外，本实施例提供的光伏逆变系统的PID效应补偿方法，通过步骤S305至S307，能够根据逆变器白天运行工况记录，结合电池板对地等效绝缘阻抗，对补偿装置输出抬升电压的幅值和施加时间进行优化处理，实现对光伏组件PID效应的最优修复。

本发明另一实施例还提供了一种光伏逆变系统的PID效应补偿装置，参见图2，包括：直流电压采样单元101、处理控制单元102、隔离AC/DC变换单元103及投切防护单元104；其中：

直流电压采样单元101的输入端与光伏组件的输出端相连，用于输出直流电压信号至处理控制单元102；

处理控制单元102的输入端与直流电压采样单元101的输出端相连，处理控制单元102的输出端分别与投切防护单元104的控制端和隔离AC/DC变换单元103的控制端相连；处理控制单元102用于根据直流电压信号，判断是否满足PID效应补偿条件；若满足PID效应补偿条件，则根据记录的直流电压信号，计算得到隔离AC/DC变换单元103需要输出的补偿电压；

隔离AC/DC变换单元103的输入端与电网相连，隔离AC/DC变换单元103的输出端与投切防护单元104的输入端相连；隔离AC/DC变换单元103用于根据处理控制单元102的控制，输出该补偿电压；

投切防护单元104的输出端与光伏组件的正极端相连，投切防护单元104用于传递补偿电压至光伏组件的正极端，为光伏组件进行PID效应补偿。

本实施例提供的光伏逆变系统的PID效应补偿装置，处理控制单元对各个光伏组件运行工况的记录和PID效应补偿条件的判断，优化计算补偿电压，进而控制集成的PID补偿装置为光伏组件进行PID效应补偿，实现PID效应的补偿修复，可有效解决光伏电站中的光伏组件衰减问题，提高系统发电量，且相比现有技术方案，其实际运行可靠性高且维护成本低。

在具体的实际应用中，该光伏逆变系统的PID效应补偿装置可以为集成装置，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

优选的，参见图7，直流电压采样单元101包括：一组共阴极连接二极管和一组共阳极连接二极管；其中：

共阴极连接二极管的阳极分别与光伏组件的正极端一一对应相连；

共阳极连接二极管的阴极分别与光伏组件的负极端一一对应相连；

共阴极连接二极管的共阴极连接点与共阳极连接二极管的共阳极连接点分别为直流电压采样单元101的两个输出端。

具体的，当任一支路光伏组件有电压且其幅值最大时，与该支路正极端和负极端连接的对应二极管将会导通，从而获得n(n为大于等于1的正整数)路输入组串的最大电压Upv。因此，本实施例只需要采样各路组串正极和负极端分别“线与”处理后的电压即可，故采样所用的电路大大简化，同时节省了处理控制单元的AD采样口资源。

优选的，参见图7，投切防护单元104包括：防护电阻R1、投切开关S1及一组共阳极连接二极管；其中：

投切开关S1的控制端为投切防护单元104的控制端；

防护电阻R1与投切开关串联连接，串联连接的一端为投切防护单元104的输入端，串联连接的另一端与共阳极连接二极管的共阳极连接点相连；

共阳极连接二极管的阴极分别与光伏组件的正极端一一对应相连。

其中受控的投切开关S1可以是开关或继电器或半导体开关器件，防护电阻R1可以有效防止组串正极端对地短路时造成隔离AC/DC变换单元103输出短路损坏风险，且外部组串短路恢复后，投切防护单元104所有元器件无损伤，无需更换维护。

如图7所示的投切防护单元104，处理控制单元102中对隔离AC/DC变换单元103补偿电压的具体计算过程为：根据记录的直流电压信号的大小及作用时间，计算得到光伏组件在白天的PID效应累计值；然后根据PID效应累计值及预设的补偿参数，计算得到光伏组件的正极端的最小补偿电压，即图6中A点的对地电压；该预设的补偿参数包括补偿时间及夜晚补偿累计值与PID效应累计值之间的差值；在具体的实际应用中，应保证夜晚补偿累计值大于PID效应累计值，该差值可以根据具体应用环境进行设定；再根据最小补偿电压及防护电阻R1和光伏组件的总对地等效绝缘阻抗的分压关系，计算得到隔离AC/DC变换单元需要输出的补偿电压。

优选的，参见图7，隔离AC/DC变换单元103的直流输出正极端接投切防防护单元104；

隔离AC/DC变换单元103的直流输出负极端接地。

具体的工作原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

指的是说明的是，该光伏逆变系统的PID效应补偿装置可以为集成装置，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

本发明另一实施例还提供了一种光伏逆变系统，参见图2或图7，包括：功率变换装置200、滤波装置300及上述实施例任一的PID效应补偿装置400；其中：

功率变换装置200的输入端与光伏组件相连；

功率变换单元200的输出端与滤波单元300的输入端相连；

滤波单元300的输出端与电网相连。

具体的连接关系及工作原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

本发明中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。