全独立并联式光伏发电装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于发电装置技术领域，涉及一种全独立并联式光伏发电装置。
【背景技术】
[0002] 目前光伏电厂（站）的一般模式是，先把N个光伏电池组件串联成一条支路，再将 M条支路并联起来构成光伏电池阵列。这样的发电结构存在两方面的问题：第一、每条支路 上的各光伏电池组件的特性必须一致，否则，整条支路的电流被输出能力最差的光伏电池 组件所限制，严重地，当有个别光伏电池组件损坏时，整条支路不能出力；第二、全部M条支 路的端口电压是一致的，而特性不一致的各条支路在一致的端口电压下并不能都输出最大 功率。
[0003]光伏发电的基本原理是太阳光量子照射到光伏电池板上引起半导体PN结载流子 的激发而形成电流。其输出伏安特性如图1所示。由于半导体工艺的分散性、光伏电池组 件的老化程度不一致、光照环境不一致等多种原因，造成各光伏电池组件的实际输出伏安 特性差异较大。如图1所示，当将一定数量的光伏电池组件串联时，它们的输出电流相等， 则都没有运行在各自的最大功率输出点；当将它们并联连接时，它们的输出电压相等，则也 都没有运行在最大输出功率点的可能。
[0004] 图2所示为目前世界范围内普遍采用的光伏发电厂（站）的一般电气原理框图。 图2中，先将N块光伏电池组件串联连接成一条支路，使支路总的开口输出直流电压达到功 率变换器所要求的电压等级，并在每个支路上安装一个防倒流二极管；然后将M条支路并 联汇流到正、负直流母线上，以获得所要求的功率等级。正、负直流母线将光伏电池输出的 直流电能送入功率变换器，由功率变换器将该直流电能变换为交流电能送入交流电网或供 给交流负载并进行最大功率跟踪控制（MPPT)。图2所示的光伏发电系统存在的问题是：一、 在一个串联支路内，N个光伏电池组件输出同一个电流，且该电流不能大于电流输出能力最 差的那一块光伏组件的电流，根据图1，各光伏电池组件都没有工作在最大可出力状态，严 重地，若在支路内即使只有一个光伏电池损坏，则整条支路不能出力。虽然在每块光伏电 池组件两端反并一个二极管可以克服此问题，但又造成了电流输出能力小的光伏组件完全 不能出力。二、M条支路的端口电压同一，且不能高于电压输出能力最低的哪条支路。图1 所示的伏安特性同样适合于描述各条支路。根据图1，各支路都没有工作在最大可出力状 态。所以，无论后续的功率变换器的MPPT算法如何，系统实际输出的只是一种虚假的最大 功率，光伏电池的发电潜力并未充分发挥。图2所示的系统结构在工程实践上也存着充分 利用场地与保持支路特性尽可能一致的冲突、前期投入与后期扩容的冲突以及检查维修困 难等问题。
[0005] 还有类似公开的专利，为每一块光伏电池组件设计配备了一个功率控制器试图克 服上述问题。其结构如图3所示，将光伏电池组件与功率控制器两者一起构成单元"光伏直 流模块"，模块中的DC/DC变换器器进行MPPT控制以使单体模块的输出功率最大化。但是， 这是一种串联结构，在大型光伏电厂（站）中，众多的光伏电池组件的串联后的总电压高的 不可接受，为了实现MPPT控制，输出直流电压变动范围也将非常大以至于后续的逆变器工 作在极端恶劣的条件下。
[0006] 专利【申请号】200910040036. 1，公开日：2009年11月4日，公开了《一种蚁群并联 光伏发电系统》，结构如图4所示，该专利出发点是：将全部光伏电池组件通过一个"电流 泵"电路并联起来，以使特性不同的光伏电池组件不相互影响，克服串联支路的电流瓶颈效 应问题。但是，采用这样的并联结构存在以下主要问题需要解决：
[0007] 第一、系统采集并联总出口处的电流、电压作为各参与并联的基本单元的最大功 率跟踪控制的依据，控制目标是并联总出口处的输出功率最大化，而不是各基本单元输出 功率的最大化。换言之，控制各基本单元的脉冲占空比是来自于集中控制器的同一个，而 各并联的基本单元的输出电压同一，根据"电流泵"电路的工作原理，这将导致各光伏电池 组件工作在同一输出电压下，这不能保证特性有差异的各基本单元工作在最大功率输出状 〇
[0008] 第二、从集中控制器到各基本单元之间有基本单元的电压反馈信号线、PWM控制线 等，即全体基本单元都依赖于集中控制器，对大型光伏电厂（站）来说，从众多的基本单元 到集中控制器之间需要大量的、长距离的这样信号连接线，这在工程实践上没有可行性。
[0009] 第三、全部光伏电池组件采用一级并联结构，低压大电流通过长距离传输线到汇 流柜时将会有很大的压降损耗，直接导致系统的发电效率降低。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的是提供一种全独立并联式光伏发电装置，解决了现有技术中存在的 问题。
[0011] 本发明所采用的技术方案是，全独立并联式光伏发电装置，光伏电池组件与功率 控制器连接组成1个基本单元，两个或两个以上基本单元并联至并联组母线，并联组母线 与1个就地升压器连接构成并联组，两个或两个以上并联组并联至汇流柜，汇流柜与并网 逆变器连接。
[0012] 本发明的特征还在于，
[0013] 功率控制器包括输入EMI滤波器，输入EMI滤波器通过DC/DC斩波器与输出EMI滤波器连接，输入EMI滤波器还与控制单元连接，输出EMI滤波器输出与控制单元连接，输 入EMI滤波器还通过辅助电源与控制单元连接，光伏电池组件与输入EMI滤波器连接，输出 EMI滤波器的输出作为基本单元的输出端口。
[0014] 由电容Q、差模电感Q、电容C2、和压敏电阻札构成输入EMI滤波器；由电容C3、电 感L2、功率半导体开关三极管、功率半导体开关二极管Di、输出滤波电容C4构成DC/DC斩 波器；由电容C5、差模电感L3、电容C6、和压敏电阻&构成输出EMI滤波器；由电阻R2、电阻 R3、电阻R4、电阻R8、电阻R9、集成电路IQ、集成电路IC2、电阻R1(l、电容C7、电容C8、石英晶体 振荡器Xi、电容C9、发光二极管D2、发光二极管D3、电阻R5、电阻R6、集成电路IC3构成控制单 元；
[0015] 其中，由电阻馬对从光伏电池组件输出的电流进行取样，经过集成电路iq将取样 电流信号转换并放大为电压信号，由分压电阻R8、馬分压后得到的电压正比于光伏电池组 件的输出电流的大小，将之送入集成电路中的ADiO;
[0016] 由电阻R3、&对从光伏电池组件输出的电压进行分压取样，得到正比于光伏电池 组件输出电压的取样信号，送入集成电路IC2中的AD2 口 ；
[0017] 集成电路IC3构成PWM脉冲驱动电路，将发来的PWM脉冲进行放大，以驱动DC/DC 斩波器电路中的功率半导体三极管。
[0018] 由集成电路IC3及其外围元件电容C1(|、电感L4、二极管02构成辅助电源。
[0019] 本发明的有益效果是，第一、发电效率得到最大化。第二、新建光伏电厂（站）时， 光伏电池阵列的布局设计规划不受串、并联个数的限制而变得很容易，可以充分利用有限 的场地。同样，系统扩容时的布局设计规划也很容易，且对扩容所采用的光伏电池组件的型 号、性能、个数等没有限制，甚至可以在原系统不停机的情况下进行。第三、当阵列中有个别 或少量光伏电池板组件失效时，仅只失效的基本单元不能出力等待维修而已，其它正常的 基本单元照常运行，而对损坏的基本单元的维修可以在不停机的情况下，直接从直流母线 上取下并替换该基本单元，避免了要将整个串联光伏电池组件串脱开系统并进行逐一排查 的麻烦。
【附图说明】
[0020] 图1是光伏发电输出伏安特性图。
[0021] 图2是现有光伏发电厂的电气原理框图。
[0022] 图3是另一现有发电厂的电气原理框图。
[0023] 图4是现有一种蚁群并联光伏发电系统的整体结构图。
[0024] 图5是本发明整体结构框图。
[0025] 图6是本发明中基本单元的原理框图。
[0026] 图7是本发明中功率控制器的电气原理图。