光伏升压汇流箱和光伏发电系统的制作方法

文档序号:10806884
光伏升压汇流箱和光伏发电系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型实施例提供了一种光伏升压汇流箱和光伏发电系统,光伏升压汇流箱包括:多条汇流支路,各所述汇流支路的一端与一串或多串光伏阵列相连,另一端与汇聚节点连接,在各所述汇流支路上设置有DC/DC模块。本实施例通过在各汇流支路上设置DC/DC模块,以提高各汇流支路的输出电压,从而提高逆变器直流侧的电压,降低输电线路上的功率损耗。
【专利说明】
光伏升压汇流箱和光伏发电系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及光伏发电技术领域,特别涉及一种光伏升压汇流箱和光伏发电系统。
【背景技术】
[0002]光伏发电系统主要包括光伏阵列、汇流箱和逆变器,光伏阵列用于接收太阳光并将其转化为电能,大量的光伏阵列通过汇流箱将电流进行滤波后汇集到直流母线上,直流侧的电流通过逆变器转化成交流,输送至电网。
[0003]现有技术中,逆变器直流侧的输入电压通常较低,导致了交流侧的输出电压较低,交流侧的电流较大,尤其在输电线缆较长的情况下,大大增加了输电线路上的功率损耗,从而降低了光伏发电系统的整体效率。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型实施例提供了一种光伏升压汇流箱和光伏发电系统,以提高直流侧的输入电压。
[0005]为达到上述目的,本实用新型的实施例提供了一种光伏升压汇流箱,包括:多条汇流支路,各所述汇流支路的一端与一串或多串光伏阵列相连,另一端与汇聚节点连接,在各所述汇流支路上设置有DC/DC模块。
[0006]进一步地,所述汇流支路包括光伏逆变器的直流正极支路及直流负极支路;所述DC/DC模块包括:第一滤波电容、第二滤波电容、滤波电感、整流二极管、旁路二极管以及开关器件;所述第一滤波电容、所述开关器件及所述第二滤波电容沿着所述汇流支路中电流流向依次设置在所述直流正极支路及直流负极支路之间,所述滤波电感L设置在所述直流正极支路上且位于所述第一滤波电容与所述开关器件之间,所述整流二极管设置在所述直流正极支路上且位于所述开关器件与所述第二滤波电容之间,所述旁路二极管与所述滤波电感和整流二极管所在支路并联。
[0007]进一步地,所述开关器件包括三极管和与所述三极管反相并联的二极管。
[0008]进一步地,所述光伏升压汇流箱还包括:连接在所述DC/DC模块与所述汇聚节点之间的最大功率点跟踪装置。
[0009]进一步地,所述光伏升压汇流箱还包括:连接在所述DC/DC模块与所述光伏阵列之间的EMC抑制电路。
[0010]进一步地,所述光伏升压汇流箱还包括:与各串所述光伏阵列连接的防反二极管,所述防反二极管设置在所述光伏阵列与所述EMC抑制电路之间。
[0011 ]进一步地,所述光伏升压汇流箱还包括:熔断器,一端与各所述防反二极管的公共节点连接,另一端连接所述EMC抑制电路。
[0012]进一步地,所述最大功率点跟踪装置与外接逆变器之间通过基于载波信号通信的电力线缆连接。
[0013]本实用新型还提供了一种光伏发电系统,包括:光伏阵列、逆变器和如前所述的光伏升压汇流箱,所述光伏升压汇流箱输出端的汇聚节点与所述逆变器相连接。
[0014]本实用新型实施例提供的光伏升压汇流箱和光伏发电系统,通过在各汇流支路上设置DC/DC模块,以提高各汇流支路的输出电压,从而提高逆变器直流侧的电压,降低输电线路上的功率损耗。
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型实施例提供的光伏升压汇流箱一个实施例的结构示意图;
[0016]图2为本实用新型实施例提供的DC/DC模块一个实施例的电路图;
[0017]图3为本实用新型实施例提供的光伏升压汇流箱另一个实施例的结构示意图;
[0018]图4为本实用新型实施例提供的光伏升压汇流箱中EMC抑制电路的电路原理图;
[0019]图5为本实用新型实施例提供的通过电力载波通信技术传输数据的原理图;
[0020]图6为本实用新型实施例提供的光伏升压汇流箱控制方法的流程图。
[0021 ]附图标号说明:1-DC/DC模块;2-最大功率点跟踪装置;3-EMC抑制电路;4-熔断器;S-汇流支路;Cl-第一滤波电容;C2-第二滤波电容;L-滤波电感;Dl-整流二极管;D2-旁路二极管;Q-开关器件;D3-防反二极管;5-安规电容;6-浪涌保护器件;7-共模电感。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本实用新型实施例光伏升压汇流箱和光伏发电系统进行详细描述。
[0023]实施例一
[0024]图1为本实用新型实施例提供的光伏升压汇流箱一个实施例的结构示意图,如图1所示,该光伏升压汇流箱包括多条汇流支路S,各汇流支路S的一端与一串或多串光伏阵列相连(包括PV正极端和PV负极端),另一端与汇聚节点P连接,在各汇流支路S上设置有DC/DC模块I。
[0025]在本实施例中,DC/DC模块I的作用是将较低的输入电压提升至较高的输出电压。例如,DC/DC模块I可以预先固定设置电压提升的比例,也可以根据逆变器交流侧的输出功率的变化进行自动调节。
[0026]本实施例的工作原理为:各光伏阵列将接收到的光能转化为电能,并通过其所在的汇流支路S送至各支路的DC/DC模块I的输入端,各DC/DC模块I将其所在支路的输入电压提升后输出,所有支路的输出电压均升高后汇聚到P点,使直流母线上的电压升高。例如,现有技术中,逆变器直流侧的输入电压一般在500V左右,交流侧输出电压为270V或315V,而采用本实施例的方法后,逆变器直流侧的输入电压可到达800V,交流侧可输出500V的交流电压。
[0027]本实用新型实施例提供的光伏升压汇流箱,通过在各汇流支路上设置DC/DC模块,以提高各汇流支路的输出电压,从而提高逆变器直流侧的电压,降低输电线路上的功率损耗。
[0028]实施例二
[0029]图2为本实用新型实施例提供的DC/DC模块一个实施例的电路图,如图2所示,汇流支路S包括光伏逆变器的直流正极支路及直流负极支路,DC/DC模块I的输入端电压为Vi,输出端电压为Vo,DC/DC模块I包括:第一滤波电容Cl、第二滤波电容C2、滤波电感L、整流二极管D1、旁路二极管D2以及开关器件Q,第一滤波电容Cl、开关器件Q及第二滤波电容C2沿着汇流支路S中电流流向依次设置在直流正极支路及直流负极支路之间,滤波电感L设置在直流正极支路上且位于第一滤波电容Cl及开关器件Q之间,整流二极管Dl设置在直流正极支路上且位于开关器件Q与第二滤波电容C2之间,旁路二极管D2与滤波电感L和整流二极管Dl所在支路并联。
[0030]其中,旁路二极管D2的设置,可防止由于热斑效应导致的各光伏阵列损坏;整流二极管Dl优选采用Sic材料的肖特基二极管,以大大提高DC/DC电路的效率;开关器件Q包括三极管和与三极管反相并联的二极管,提高开关器件Q的开关频率,可降低滤波电感L值,从而减小设备体积,以便于携带和安装。
[0031 ]本实用新型实施例提供的DC/DC模块,对各汇流支路上的电流进行滤波整流后,并以高电压的形式作为输出,以提升逆变器直流侧各汇流支路上的输入电压。
[0032]实施例三
[0033]图3为本实用新型实施例提供的光伏升压汇流箱另一个实施例的结构示意图,其可视为图1的一种具体实现方式,如图3所示,在图1的基础上,该光伏升压汇流箱还包括:连接在DC/DC模块I与汇聚节点P之间的最大功率点跟踪装置2。
[0034]优选地,最大功率点跟踪装置2可以为最大功率点跟踪控制器(Maximum PowerPoint Tracking,简称MPPT控制器),MPPT控制器可根据逆变器交流侧的输出功率调节直流侧的最大输入功率,以有效解决因为灰尘遮挡、阴影遮挡、倾角差异等组件失配带来的发电损失。
[0035]MPPT控制器调节直流侧的最大输入功率的一种具体实现方式为:MPPT控制器可根据上一时刻控制电压给定值为基础进行扰动,增加此时的电压给定,检测此时的输出电流值,计算当前的输出功率,同上一时刻的功率值比较,若功率增加,则扰动方向不变;若功率值减小,则改变扰动方向。在接近最大功率点附近,采用分段调节步长来调节,减小系统振荡,保证输出功率的平稳。
[0036]在本实施例中,最大功率点跟踪装置2可集成在各个汇流箱内,即在每条汇流支路S上均有一个最大功率点跟踪装置2,以通过提升逆变器输入侧的各条汇流支路S的输入功率,达到提升汇聚节点P的总输入功率的目的,使得跟踪的最大功率更加精确,从而提升了光伏发电系统的整体效率。
[0037]进一步地,光伏升压汇流箱还包括:连接在DC/DC模块I与光伏阵列之间的EMC抑制电路3,该EMC抑制电路3可抑制线路中电子设备相互间产生的电磁干扰,同时也可以对外来的电磁干扰信号进行抑制,以保证光伏升压汇流箱的正常工作。
[0038]具体地,如图4所示,为本实用新型实施例提供的光伏升压汇流箱中EMC抑制电路的原理图,该EMC抑制电路包括分别与光伏阵列的正负输出端以及DC/DC模块I连接的共模电感7,在共模电感7与光伏阵列的正负输出端的连接支路上还连接有安规电容5、浪涌保护器件6,且安规电容5和浪涌保护器件6的另一端与地相连。
[0039]优选地,光伏升压汇流箱还包括:与各串光伏阵列连接的防反二极管D3。本实施例中,每一串光伏阵列上都安装有防反二极管D3,防反二极管D3设置在光伏阵列与EMC抑制电路3之间,以防止光伏阵列由于自身或外界的原因输出电压变小,导致电流倒流,损坏该光伏阵列。
[0040]进一步地,光伏升压汇流箱还包括熔断器4,一端与各防反二极管D3的公共节点连接,另一端连接EMC抑制电路3,以避免由于电流过大损坏电器元件,进一步保证光伏升压汇流箱的正常运行。
[0041]图5为本实用新型实施例提供的通过电力载波通信技术传输数据的原理图,为了在光伏升压汇流箱和逆变器之间进行信息传递,本实施例中,采用电力载波通信技术(Power line communicat1n,简称PLC),利用电力线缆作为信号通道来传输数据的通信方式。
[0042]如图5所示,最大功率点跟踪装置2与外接逆变器之间通过基于电力载波通信技术通信的电力线缆连接,电力线缆用于承载最大功率点跟踪装置2与外接逆变器之间的通信载波信号。
[0043]本实施例采用电力载波通信技术,以保证通信功能的可靠性,其具体实现方式为:光伏升压汇流箱向调制解调器发送低频信号,调制解调器对该低频信号进行调制,生成高频信号,并通过耦合器耦合到电力线缆上,电力线缆将该高频信号传输至逆变器输入端,通过耦合器将该高频信号从电力线缆解耦合,并利用调制解调器对其进行解调,生成原来的低频信号发送给逆变器。
[0044]优选地,由于串口数据经载波模块调制、耦合、传送、解耦合、解调的过程中会造成一定延时,因此电力线上各模块的数据包之间应设定一定的发送间隔,以保证信号的稳定传输。
[0045]图6为本实用新型实施例提供的光伏升压汇流箱控制方法的流程图,该控制方法包括:
[0046]步骤610,光伏升压汇流箱上电后首先进行状态监测,例如,检测EMC抑制电路3是否正常、DC/DC模块I是否正常以及MPPT控制器是否正常等。
[0047]步骤620,在确定光伏升压汇流箱正常后,开始对DC/DC模块I的输入侧和直流母线上的电压和电流进行采集。
[0048]步骤630,如果直流母线电压Vbus高于DC/DC模块I的输入侧电压Vi,则说明此时系统满足MPPT调节,执行进一步检测;如果直流母线电压Vbus不高于DC/DC模块I的输入侧电压Vi,说明系统异常,此时MPPT控制器不工作,处于待机状态。
[0049]步骤640,在直流母线电压Vbus高于DC/DC模块I的输入侧电压Vi后,进一步判断直流母线电压Vbus是否高于第一阈值Vl,当Vbus大于Vl时,说明此时直流母线电压Vbus足够大,MPPT无需继续寻找最大功率,便可保证输出足够的功率,则此时MPPT保持当前的输出功率工作。
[0050]步骤650,当直流母线电压Vbus不大于第二阈值V2(V1大于V2)时,进一步判断Vbus是否大于V2,如果Vbus不大于V2,则MPPT保持最大功率输出;如果直流母线电压大于第二阈值V2,则MPPT控制器会根据逆变器交流侧的输出电压和功率进行自动调节,以最优方式输出。
[0051 ]在本实施例中,由于受到对光伏升压汇流箱检测精度和控制精度的影响,Vl和V2的差值不能太小;但二者的差值又不能太大,以防止当光伏升压汇流箱输出功率和逆变器输出功率不匹配时,直流母线电压会急剧飙升,从而导致电路器件的损坏。
[0052]本实用新型实施例提供的光伏升压汇流箱,在图1的基础上,通过在每条汇流支路中设置最大功率点跟踪装置,进一步提高了最大输出功率的精度,有效的降低了输电线路上的损耗,提高了发电系统的效率。
[0053]实施例四
[0054]本实用新型还提供了一种光伏发电系统,其包括:光伏阵列、逆变器和如前所述的光伏升压汇流箱,该光伏升压汇流箱输出端的汇聚节点P与逆变器相连接。
[0055]本实用新型实施例提供的光伏发电系统,通过在每条汇流支路中设置DC/DC模块和最大功率点跟踪装置,有效的降低了输电线路上的损耗,提高了发电系统的效率。
[0056]需要指出,根据实施的需要,可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件,也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件,以实现本实用新型的目的。
[0057]上述根据本实用新型的方法可在硬件、固件中实现,或者被实现为可存储在记录介质(诸如CD R0M、RAM、软盘、硬盘或磁光盘)中的软件或计算机代码,或者被实现通过网络下载的原始存储在远程记录介质或非暂时机器可读介质中并将被存储在本地记录介质中的计算机代码,从而在此描述的方法可被存储在使用通用计算机、专用处理器或者可编程或专用硬件(诸如ASIC或FPGA)的记录介质上的这样的软件处理。可以理解,计算机、处理器、微处理器控制器或可编程硬件包括可存储或接收软件或计算机代码的存储组件(例如,RAM、R0M、闪存等),当所述软件或计算机代码被计算机、处理器或硬件访问且执行时,实现在此描述的处理方法。此外,当通用计算机访问用于实现在此示出的处理的代码时,代码的执行将通用计算机转换为用于执行在此示出的处理的专用计算机。
[0058]以上所述,仅为本实用新型的【具体实施方式】,但本实用新型的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此,本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1.一种光伏升压汇流箱,其特征在于,包括:多条汇流支路(S),各所述汇流支路(S)的一端与一串或多串光伏阵列相连,另一端与汇聚节点连接,在各所述汇流支路(S)上设置有DC/DC 模块(I)。2.根据权利要求1所述的光伏升压汇流箱,其特征在于,所述汇流支路(S)包括光伏逆变器的直流正极支路及直流负极支路;所述DC/DC模块(I)包括:第一滤波电容(Cl)、第二滤波电容(C2)、滤波电感(L)、整流二极管(D1)、旁路二极管(D2)以及开关器件(Q);所述第一滤波电容(Cl)、所述开关器件(Q)及所述第二滤波电容(C2)沿着所述汇流支路(S)中电流流向依次设置在所述直流正极支路及直流负极支路之间,所述滤波电感(L)设置在所述直流正极支路上且位于所述第一滤波电容(Cl)与所述开关器件(Q)之间,所述整流二极管(Dl)设置在所述直流正极支路上且位于所述开关器件(Q)与所述第二滤波电容(C2)之间,所述旁路二极管(D2)与所述滤波电感(L)和整流二极管(Dl)所在支路并联。3.根据权利要求2所述的光伏升压汇流箱,其特征在于,所述开关器件(Q)包括三极管和与所述三极管反相并联的二极管。4.根据权利要求1-3中任一项所述的光伏升压汇流箱,其特征在于,所述光伏升压汇流箱还包括:连接在所述DC/DC模块(I)与所述汇聚节点之间的最大功率点跟踪装置(2)。5.根据权利要求4所述的光伏升压汇流箱,其特征在于,所述光伏升压汇流箱还包括:连接在所述DC/DC模块(I)与所述光伏阵列之间的EMC抑制电路(3)。6.根据权利要求5所述的光伏升压汇流箱,其特征在于,所述光伏升压汇流箱还包括:与各串所述光伏阵列连接的防反二极管(D3),所述防反二极管(D3)设置在所述光伏阵列与所述EMC抑制电路(3)之间。7.根据权利要求6所述的光伏升压汇流箱,其特征在于,所述光伏升压汇流箱还包括:熔断器(4),一端与各所述防反二极管(D3)的公共节点连接,另一端连接所述EMC抑制电路⑶。8.根据权利要求4所述的光伏升压汇流箱,其特征在于,所述最大功率点跟踪装置(2)与外接逆变器之间通过基于电力载波通信技术通信的电力线缆连接。9.一种光伏发电系统,其特征在于,包括:光伏阵列、逆变器和权利要求1-8中任一项所述的光伏升压汇流箱,所述光伏升压汇流箱输出端的汇聚节点与所述逆变器相连接。
【文档编号】H02J3/38GK205490140SQ201521140532
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2015年12月31日
【发明人】赵茵茵, 张广洁, 马刚
【申请人】北京天诚同创电气有限公司
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