一种太阳能光伏发电功率匹配控制系统的制作方法

本实用新型涉及太阳能控制技术领域，尤其涉及一种太阳能光伏发电功率匹配控制系统。

背景技术：

现有光伏并网电站的设计方案中，接入光伏逆变器的光伏矩阵的标称功率一般不大于光伏逆变器额定功率的110％，按这种设计方案，但是在光照较弱的地区，由于经常受到云层的遮挡，光伏组件上接收到的辐照功率长期达不到实验室标称的功率，光伏组件的标称功率是在25℃下、1000W/m²的辐照强度下测得的，在我国南部地区的运行环境中，光伏组件在受到良好的时候，气温往往远高于25℃，而且在多云的地区，辐照达到1000W/m²的时间非常少，光伏组件工作于最大功率的时间很少，光伏逆变器的输出功率达额定的输出功率的时候非常少，光伏逆变器及后面的交流送变电电路常常处于很低的负荷率工作，造成了光伏逆变器及之后的交流送变电电路的极大浪费，增加了光伏并网电站的发电成本。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种太阳能光伏发电功率匹配控制系统，根据本实用新型的匹配控制系统能及时调整光伏组件模块输出的功率，消除了受温度和光照辐射强度影响，使光伏逆变器时在功率过载时能自动限定输出功率，本实用新型控制便捷灵活、输出功率稳定，为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术效果：

根据本发实用新型的一个方面，提供了一种太阳能光伏发电功率匹配控制系统，包括光伏逆变器、温度传感器、辐照传感器、光伏送变电路、光伏组件控制单元和可控光伏组件串，所述温度传感器、辐照传感器分别与所述光伏组件控制单元连接，所述光伏组件控制单元的控制输出端与所述可控光伏组件串的控制输入端连接，所述可控光伏组件串的正极输出端通过电缆与所述光伏逆变器的正极连接，所述可控光伏组件串的负极输出端通过电缆与所述光伏逆变器的负极连接，所述光伏逆变器的输出端与所述光伏送变电路连接。

优选的，所述可控光伏组件串由多个串联的光伏组件构成，每个串联的光伏组件之间通过主开关元件连接，每个光伏组件与所述主开关元件串联后的两端分别与从开关元件并联，所述主开关元件、从开关元件的控制输入端与所述光伏组件控制单元的控制输出端连接。

优选的，所述可控光伏组件串的数量为1或2个以上，2个以上的可控光伏组件串并联连接组成一个光伏组件矩阵，每个所述可控光伏组件串由8个以上光伏组件进行串联连接而成。

优选的，所述可控光伏组件串或光伏组件矩阵的标称功率为光伏逆变器额定功率的133％以上。

优选的，所述主开关元件和从开关元件为继电器开关，或为MOSFET晶体管开关，或为IGBT晶体管开关，或为可控硅开关。

优选的，所述光伏组件控制单元包括第一信号放大器、第二信号放大电路、中央控制器、脉冲信号生成器和通信控制电路，所述第一信号放大器的输入端与所述温度传感器的输出端连接，所述第二信号放大器的输入端与所述辐照传感器的输出端连接，该第一信号放大器的输出端与所述中央控制器的第一数模转换输入端连接，该第二信号放大器的输出端与所述中央控制器的第一数模转换输入端连接，所述中央控制器的脉冲信号输出端与所述脉冲信号生成器的输入端连接，所述中央控制器的通信控制端与所述通信控制电路连接。

优选的，所述通信控制电路采用隔离的RS485总线控制电路或CAN总线控制电路。本实用新型通过总线控制光伏组件串的功率进而实现协调光伏发电，提高了系统发电效率的效果。

本实用新型采用了上述技术方案，本实用新型具有以下技术效果：

(1)、本实用新型的匹配控制系统能及时调整可控光伏组件串输出的功率，消除了受温度和光照辐射强度影响时，使光伏逆变器时在功率过载时能自动限定输出功率，本实用新型控制便捷灵活、输出功率稳定。

(2)、本实用新型中接入可控光伏组件串的标称功率大于光伏逆变器的额定功率的133％以上，而且在可控光伏组件串的功率超过光伏逆器的最大功率时，就不会因为光伏逆变器停止输出而造成发电的中断，因此，在选择可控光伏组件串并联成光伏组件矩阵时，应选择功率大、效率高的光伏组件，在组成光伏组件串时保证了每串光伏组件串输出的电压尽可能地高。

附图说明

图1是本实用新型一种太阳能光伏发电功率匹配控制系统的控制原理图；

图2是本实用新型的光伏组件控制单元原理图；

图3是本实用新型的第一信号放大器和第二信号放大电路的原理结构图；

附图1中，1-可控光伏组件串，2-光伏组件，3-光伏组件矩阵。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本实用新型进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本实用新型的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本实用新型的这些方面。

术语解释：

光伏组件：用于接收太阳光辐照，并将太阳能转换成为电能，或者往蓄电池中储存起来，或者供给电网使用；光伏组件的标称功率：在25℃， 1000W/m²辐照强度下，光伏组件的输出功率。

光伏组件串：多个光伏组件串联在一起，用于提高光伏组件的直流输送电压，减少光伏系统直流侧的工作电流，从而可以减少光伏系统直流侧的线路损耗。多个光伏组件串联后通过汇流箱或者直接接入光伏逆变器，以使光伏组件串的功率与逆变器的功率相匹配。光伏组件串的标称功率：是在 1000W/m²及环境温度25℃的辐照条件下，光伏组件串的标称功率等光伏组件中的所有光伏组件的标称功率之和。

光伏组件矩阵：由多个光伏组件串并联而成，通过汇流箱或者直接接入光伏逆变器，以使光伏组件的功率与逆变器的功率相匹配。

如图1所示，根据本实用新型的一种太阳能光伏发电功率匹配控制系统，包括光伏逆变器、温度传感器、辐照传感器、光伏送变电路、光伏组件控制单元和可控光伏组件串，所述温度传感器、辐照传感器分别与所述光伏组件控制单元连接，所述光伏组件控制单元的控制输出端与所述可控光伏组件串的控制输入端连接，所述可控光伏组件串的正极输出端通过电缆与所述光伏逆变器的正极连接，所述可控光伏组件串的负极输出端通过电缆与所述光伏逆变器的负极连接，所述光伏逆变器的输出端与所述光伏送变电路连接，光伏送变电路(如变压器)将光伏逆变器输出的电压进行升压送入电网中。

在本实用新型中，如图1所示，所述可控光伏组件串1由多个串联的光伏组件2构成，每个串联的光伏组件1之间通过主开关元件连接，每个光伏组件与所述主开关元件串联后的两端分别与从开关元件并联，所述主开关元件、从开关元件的控制输入端与所述光伏组件控制单元的控制输出端连接，所连接得到的所述光伏组件串的标称功率为光伏逆变器额定功率的133％以上，其中，每一行主开关元件M1001～M1023，每一列主开关元件M1001～ MM023，每一行从开关元件N1001～N1023，每列从开关元件N1001～NN023，每一行光伏组件PV1001～PVN1023，每一列光伏组件由PV1001～PVN023，通过主开关元件和从开关元件将多个光伏组件2进行串联一个可控光伏组件串1，再将多个可控光伏组件串1并联成一个光伏组件矩阵3，本实用新型中，所述可控光伏组件串1的数量为1或2个以上，2个以上的可控光伏组件串并联连接组成一个光伏组件矩阵3，在本实用新型中，每个所述可控光伏组件串由8个以上光伏组件进行串联连接而成。当采用多个可控光伏组件串1并联成一个光伏组件矩阵3时，所述接入的光伏组件矩阵3的标称功率为光伏逆变器额定功率的133％以上，从而达到功率匹配。本实用新型中，所述主开关元件和从开关元件采用继电器开关，或采用MOSFET晶体管开关，或采用 IGBT晶体管开关。

在本实用新型中，如图2所示，所述光伏组件控制单元包括第一信号放大器、第二信号放大电路、中央控制器、脉冲信号生成器和通信控制电路，所述第一信号放大器的输入端与所述温度传感器的输出端连接，所述第二信号放大器的输入端与所述辐照传感器的输出端连接，该第一信号放大器的输出端与所述中央控制器的第一数模转换输入端连接，该第二信号放大器的输出端与所述中央控制器的第一数模转换输入端连接，所述中央控制器的脉冲信号输出端与所述脉冲信号生成器的输入端连接，所述中央控制器的通信控制端与所述通信控制电路连接，所述脉冲信号生成器用于根据所述光伏串组件的输入中央控制器的参数生成脉宽调制信号，并通过所述脉宽调制信号控制所述主开关元件、从开关元件，脉冲信号生成器采用PWM脉冲调制芯片产生脉冲调制信号，所述通信控制电路采用隔离的RS485总线控制电路或CAN 总线控制电路。本实用新型通过总线控制可控光伏组件串1的功率进而实现协调光伏发电，并实时获取可控光伏组件串1的输出功率数据，提高了系统发电效率的效果。温度传感器检测光照时环境的温度，辐照传感器检测光照时的强度，在光照较强，光伏组件控制单元中的中央控制器根据辐射强度和工作温度计算出可控光伏组件串1的实时发电功率时，当实时发电功率超过光伏逆变器允许的最大直流功率时，光伏组件控制单元中的中央控制器通过可控的开关(主开关元件和从开关元件)切除部份可控光伏组件串1，保证光伏逆变器的输入功率不超过光伏逆变器标称的最大直流功率，实现对该可控光伏组件串1的优化，进而提高光伏发电系统的发电效率。

在本实用新型中，如图3所示，第一信号放大器将所述温度传感器T1的采集的温度信号进行放大输出至中央控制器进行A/D数模转换处理，所述第一信号放大器包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、可调电位器VR1、电容C1、三级管Q1和第一运算比较器U1，电阻R1的一端与所述述温度传感器T1的输出端连接，电阻R1的另一端与所述可调电位器VR1的一端连接，VR1的一端连接与直流电源地连接，该可调电位器VR1 的中心抽头与所述电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端分别与所述电阻R3 的一端、电容C1的一端连接，电阻R3的另一端分别与所述第一运算比较器 U1的正极输入端、电阻R4的一端连接，第一运算比较器U1的负极输入端与所述电阻R5的一端连接，该第一运算比较器U1的输出端分别与所述三级管 Q1的基极、电阻R4的另一端连接，三级管Q1的集电极与所述中央控制器的 AD数模转换接口连接，所述三级管Q1的集电极还通过电阻R6与直流电源 Vdd的连接，三级管Q1的发射极、电容C1的另一端、电阻R5的另一端与直流电源地连接。第二信号放大电路将所述辐照传感器的光强度电信号进行放大处理输出至中央控制器进行A/D数模转换处理，所述第二信号放大器包括电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、可调电位器VR2、可调电位器VR3、电容C2、三级管Q2和第二运算比较器U2，电阻R7的一端与可调电位器VR2 的中心抽头连接，电阻R7的另一端分别与所述第二运算比较器U2的负极输入端、电阻R9的一端连接，可调电位器VR2的一端与直流电源Vdd连接，可调电位器VR2的另一端与直流电源的地连接；所述述辐照传感器T2的输出端与所述可调电位器VR3的一端连接，可调电位器VR3的另一端与直流电源Vdd连接，可调电位器VR3的中心抽头分别与电阻R8、电容C2的一端连接，电阻R8的另一端与第二运算比较器U2的正极输入端，该第二运算比较器U2的输出端分别与所述三级管Q2的基极、电阻R9的另一端连接，三级管Q1的集电极与所述中央控制器的另外一个AD数模转换接口连接，所述三级管Q2的集电极还通过电阻R10与直流电源Vdd的连接，三级管Q2的发射极、电容C2的另一端与直流电源地连接。

结合图1，本实用新型通过温度传感器T1、辐照传感器T2分别检测一天里光照时环境的温度，辐照传感器检测光照时的强度，将检温度信号经过比较放大和偏置放大得到稳定的电压信号之后输送至中央控制器进行A/D数模转换处理，得出可控光伏组件串1或光伏组件矩阵3实时的光照温度和光照强度，根据工作温度和辐照强度估算出可控光伏组件串1或光伏组件矩阵3 的实时发电能力，根据需要控制可控的每一列的主开关元件M1001～M1023、每一列的主开关元件M1001～MM023、每一行的从开关元件N1001～N1023 和每列的从开关元件N1001～NN023的状态来切除部份的光伏组件，使整个可控光伏组件串1或光伏组件矩阵3的总发电功率不超过逆变器允许的最大直流输入功率,使可控光伏组件串1或光伏组件矩阵3的标称功率为光伏逆变器额定功率的133％以上，从而达到系统发电功率的匹配。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。