一种汇流箱电路结构及光伏发电系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及光伏发电技术领域，具体涉及一种汇流箱电路结构及光伏发电系统。
【背景技术】
[0002]目前，太阳能光伏发电系统已经取得了大规模应用，而单块太阳能光伏电池组件输出直流具有电压较小、电流较小的特点，光伏发电系统中由多块太阳能光伏电池组件的串联构成合适电压水平的光伏组串，通过使用光伏汇流箱将多个光伏组串的直流小电流的并联汇流成合适的较高电流等级，最终若干个光伏汇流箱输出接入光伏逆变器，经过逆变器逆变转换成可接入电网的交流电馈入电网。
[0003]例如，授权公告号为CN 203434932 U的实用新型专利、授权公告号为CN203788239 U的实用新型专利和申请公布号为CN 104158482 A的实用新型专利分别公开了一种现有的汇流箱和光伏发电系统。
[0004]现有的大型光伏发电系统仅是将多路光伏组串直流并联汇流，由I台大容量光伏逆变器实现集中式发电，存在系统组合功率损失、MPPT (maximum power point tracking，对因光伏组件表面温度变化和太阳辐照度变化而产生的输出电压与电流的变化进行跟踪控制，使光伏电池组件方阵一直保持在最大输出的工作状态，以获得最大的功率输出的自动调整行为，以下统一简称“MPPT”)路数少、直流电压范围宽、系统电压水平低等问题，具体表现如下:
[0005]1、由于光伏电池组件的自身差异性以及光伏阵列大面积分布不同环境因素影响(污染程度、老化程度等)，各个光伏组串的输出总电压无法完全相同，导致各个光伏组串的最大功率也会有差异。现有的光伏发电系统中每台光伏逆变器的输入为所有光伏电池组串的并联，无法实现每个光伏组串都工作在最大功率点，进而降低了系统发电量和发电效率，存在系统组合损耗。
[0006]2、现有的光伏发电系统中光伏逆变器一般大容量光伏逆变器仅有I路MPPT功能，对大容量大面积光伏电池组件方阵的匹配性较差，且多云天气更将加剧系统组合损耗。
[0007]3、现有的光伏发电系统直流侧的开路电压水平小于1000V，最大功率点电压工作被限制在了 450~700V:
[0008]I) 一方面，逆变器输出电压限制在315Vac，常用的500kW光伏逆变器直流最大输入电流一般为1100A ;若需要进一步增大逆变器输出功率，则逆变器的输入电流同步增大，导致需要更大电流等级的半导体功率器件和开关器件，整个光伏发电系统的成本将急剧上升。
[0009]2)另一方面，为满足实际应用，常采用两台500kW光伏逆变器系统构成IMW发电单元，占地面积较大。
[0010]3)此外，发电系统直流侧电压变化范围较大，直流电流变化范围较宽，对电缆截面积选型较高，需按照较高电流等级进行选型，系统成本较高。
[0011]针对现有集中式光伏发电的组合损失以及MPPT路数少的缺陷，现有光伏发电系统有采用组串型光伏逆变器分布式发电方案，即采用多个小容量的光伏逆变器分布式并网发电替代原有I台大功率光伏逆变器发电，各个组串型光伏逆变器就近于各个子光伏方阵以抵消直流线路影响因素和匹配优化光伏阵列。但此种做法在大型光伏电站中存在交流输出线缆众多、系统复杂、系统造价较高等缺点。
[0012]随着行业发展，也出现了一些组串式MPPT汇流箱，在光伏组串的输出侧增加一路或多路能进行最大功率跟踪的DC/DC变换器，通过BOOST增压电路进行MPPT控制，但整个电路系统结构存在输入、输出保护缺乏、安全可靠性低等的缺点。
[0013]如何同时兼得集中式光伏发电系统和组串型光伏逆变器分布式发电系统优点，提升系统发电量，减小单位功率占地面积，成为光伏行业努力的方向。
【实用新型内容】
[0014]本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种汇流箱电路结构及光伏发电系统。
[0015]为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案:
[0016]一种汇流箱电路结构，包括输出线路以及用于将光伏组件阵列中若干个光伏组串汇流成一路输出至输出线路的电路基本拓扑单元，若干个所述光伏组串分为一组以上，每一组光伏组串均通过一个所述电路基本拓扑单元与所述输出线路相连，所述电路基本拓扑单元包括依次相连的输入汇流配电单元、DC/DC升压变换单元和输出配电单元。
[0017]作为本实用新型的进一步改进:
[0018]所述DC/DC升压变换单元包括交错式并联BOOST升压电路，所述交错式并联BOOST升压电路的并联路数为两路或三路或四路，且配设有相应的BOOST电感、电容以及电压和电流检测单元。
[0019]所述DC/DC升压变换单元的交错式并联BOOST升压电路为两路交错式并联BOOST升压电路，所述DC/DC升压变换单元的电路具体包括:
[0020]两路交错式BOOST升压电路的输入电容和输出电容，所述输入电容和输出电容分别位于DC/DC升压变换单元的输入侧和输出侧，且并联于直流主回路中；
[0021]两路交错式BOOST升压电路的BOOST电感，所述BOOST电感串联于两个BOOST升压输入主回路中，所述BOOST电感包括第一电感LI和第二电感L2，第一电感LI和第二电感L2所在的两个回路为并联形式；
[0022]功率开关器件模块，所述功率开关器件模块集成有2个IGBT元器件和四个二极管元器件，2个IGBT元器件与其中两个二极管元器件构成两个并联的BOOST电路主回路，另两个二极管元器件构成两个并联的BOOST电路的二极管旁路回路；所述二极管旁路回路的输入端与所述BOOST电感的输入侧连接到所述输入汇流配电单元的直流正路输出端，二极管旁路回路的输出端与两个并联BOOST电路输出一起并接接至所述输出配电单元的输入正路端；当汇流箱输入电压高于DC/DC升压变换单元的输出时二极管旁路回路导通，DC/DC升压变换单元停止工作。
[0023]所述输入汇流配电单元包括第一汇流母线，每一组中各光伏组串与第一汇流母线之间分别连接有一汇流支线，各汇流支线串联有支线熔断器，所述第一汇流母线通过一线路通断控制开关与DC/DC升压变换单元相连。
[0024]各汇流支线上还串联有用于检测光伏组串输入电流的检测单元；所述第一汇流母线的输出端并联有第一防雷保护装置。
[0025]所述输出配电单元由用于控制线路通断的线路控制开关和用于线路保护的熔断器构成，所述线路控制开关和熔断器串联于连接DC/DC升压变换单元输出端和输出线路的输出直流回路中。
[0026]所述光伏组串的数量为η个，将η个光伏组串分为a组，且a彡2 ;当n/a为整数时，将η个光伏组串等分为a组；当n/a为非整数时，将η个光伏组串分为a+Ι组，其中，n/a所得余数个光伏组串为一组，其他光伏组串等分为a组。
[0027]各组光伏组串的电路基本拓扑单元通过第二汇流母线与所述输出线路相连。
[0028]所述第二汇流母线的输出端还并联有第二防雷保护装置。
[0029]一种光伏发电系统，包括光伏逆变器以及若干个上述述的汇流箱电路结构，各汇流箱电路结构的输出线路并联连接至所述光伏逆变器。
[0030]与现有技术相比，本实用新型的优点在于:本实用新型的汇流箱电路结构在传统汇流箱电路拓扑结构的输入汇流配电单元和输出配电单元之间串入DC/DC升压变换单元，DC/DC升压变换单元具有MPPT功能并可将宽范围变化的光伏直流稳定成较高电压等级的直流电输出，在配置完善的汇流、配电的安全保护电路基础上，实现了光伏发电系统工作时所对应的光伏组串宽范围变化的光伏电压稳定成较高电压等级水平，且为同一个电压等级，从而减小了光伏汇流箱输出电流以及光伏逆变器输入电流等级，光伏逆变器逆变转换输出的电压等级亦可提高。在光伏逆变器电流等级不变的情况下，可接入更多数量的光伏汇流箱以及所匹配的光伏电池组件阵列，从而在光伏逆变器体积不变的情况下，提升光伏发电系统容量和光伏逆变器的功率密度。该汇流箱电路结构实现基于光伏逆变器系统输入/输出电流不变基础上的电压水平提升以及功率等级随之上升的目标，即达到了提升系统发电量、提高功率密度、降低逆变器系统占地面积和系统成本的效果。进一步，通过对其多个输入汇流配电单元若干数量划分+配置若干个对应匹配的BOOST升压电压电路+配置若干个对应匹配输出配电单元+配置输出汇流母线，可实现传统汇流箱的匹配汇流的光伏阵列的若干路MPPT功能，光伏阵列系统MPPT路数由传统的I路提高为汇流箱数量与汇流箱的电路基本拓扑单元数量的乘积值，显著提高光伏系统MPPT能力和发电量。
【附图说明】
[0031]图1为现有汇流箱电路构成及光伏发电系统的电路原理图。
[0032]图2为本实用新型第一种汇流箱电路结构的电路原理图。
[0033]图3为本实用新型第二种汇流箱电路结构的电路原理图。
[0034]图4为本实用新型光伏发电系统的电路原理图。
[0035]图例说明:
[0036]1、输入汇流配电单元；101、支线熔断器；102、检测单元；103、第一汇流母线；104、第一防雷保护装置；105、线路通断控制开关；2、输出配电单元；3、DC/DC升压变换单元；301、输入电容；302、B00ST电感；303、功率开关器件模块；304、输出电容；4、第二汇流母线；5、输出线路；6、第二防雷保护装置；7、光伏逆变器。
【具体实施方式】
[0037]以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。
[0038]图1为现有汇流箱电路构成及光伏发电系统:汇流箱Al由输入汇流配电单元I和输出配电单元2构成，通过输入汇流配电以及输出配电实现对多路光伏组串(图中η—般为16)小电流的并联汇流成一路较大电流输出；多个汇流箱(图中m—般为7)的汇流箱输出电流输入至光伏逆变器7 ;光伏逆变器7对应于常规的7个汇流箱输入一般为额定500kW功率等级，各个汇流箱仅是实现众多组串小电流的汇集，并不做电压变换(光伏直流电压变化范围为0~1000V，一般光伏逆变器MPPT工作电压范围为DC450V~700V)，不具有MPPT功能。
[0039]图2示出了本实用新型的第一种汇流箱电路结构，该汇流箱电路结构(A2)包括输出线路5以及用于将光伏组件阵列中若干个光伏组串汇流成一路输出至输出线路5的电路基本拓扑单元，若干个光伏组串均通过一个电路基本拓扑单元与输出线路5相连，也即若干个光伏组串作为一组，电路基本拓扑单元包括依次相连的输入汇流配电单元1、DC/DC升压变换单元3和输出配电单元2，其中，DC/DC升压变换单元3具有MPPT功能并可将宽范围变化的光伏直流稳定成较高电压等级的直流电输出。该汇流箱电路结构在配置完善的汇流、配电的安全保护电路基础上，实现了光伏发电系统工作时所对应的光伏组串宽范