电势诱导衰减的补偿电路、方法、功率模块及光伏系统与流程

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种电势诱导衰减的补偿电路、方法、功率模块及光伏系统。

背景技术：

随着世界各国对节能减排和能源转型的不断推进，可再生能源发电技术已经受到越来越多的重视，其中，光伏系统由于其技术成熟度以及经济性等因素被广泛应用于电力系统以及微型电网。

但是，光伏发电一直受发电效率的困扰，当光伏组件使用一段时间后，会出现发电性能衰减的问题，进而导致整个光伏系统的输出功率下降。研究发现，存在于晶体硅光伏组件中的电路与其接地金属边框之间的高压，会造成光伏组件发电性能的持续衰减，该现象称为电势诱导衰减(pid，potentialinduceddegradation)。

pid与环境因素、光伏组件的材料以及逆变器阵列接地方式等有关。但是，即使采用最先进材料的光伏组件，也不可避免pid效应。

pid效应的存在会造成整个光伏系统的输出功率降低，直接影响电站的效益。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的以上技术问题，本发明提供一种电势诱导衰减的补偿电路、方法、功率模块及光伏系统，能够对pid进行补偿，提高光伏组件的发电效率，增加电站的效益。

本申请实施例提供一种电势诱导衰减的补偿电路，应用于光伏系统，光伏系统包括：光伏组件、逆变器、第一dc-dc变换器和电池；第一dc-dc变换器的第一端连接电池，第一dc-dc变换器的第二端连接逆变器的输入端；补偿电路包括：开关、第一电阻和控制器；开关和第一电阻串联；补偿电路的第一端连接光伏组件的正输出端pv+；补偿电路的第二端连接第一dc-dc变换器的第二端；控制器，用于在光伏组件的输出电压小于预设电压时，控制开关闭合，以使第一dc-dc变换器将电池的电能提供给补偿电路的第二端；光伏组件的正输出端pv+和负输出端pv-之间连接有第二电阻。

第一电阻和第二电阻以及光伏组件的负输出端pv-和地pe之间的等效电阻(第三电阻)对第一dc-dc变换器的第二端的电压进行分压，由于pe为0电位，pv-的电压为第三电阻上的电压，因此pv-的电压比pe高，即pv-相对于pe为正电压，本方案相当于抬高pv-对地的电压，从而实现对pid进行补偿。

优选地，为了在不需要进行pid补偿时，避免补偿电路浪费电能，控制器还用于在光伏组件的输出电压大于或等于预设电压时，控制开关断开。

优选地，为了防止电流反向流动，补偿电路还可以包括：二极管；二极管与开关和第一电阻均串联；二极管的阳极靠近第一dc-dc变换器的第二端的一侧，二极管的阴极靠近pv+的一侧。即防止在光伏组件的输出电压大于或等于预设电压时开关误动作而闭合时电流从pv+流向逆变器的输入端，即白天补偿电路的通路是断开的，不流过电流。

优选地，补偿电路还可以包括：电压检测电路；用来检测光伏组件的输出电压，将输出电压发送给控制器，以使控制器根据输出电压判断何时控制开关闭合以及何时断开。

优选地，开关可以根据实际需要来选择，例如可以为继电器、接触器、断路器或绝缘栅双极型晶体管igbt中的一种，或多种的组合。

第二方面，本申请实施例还提供一种电势诱导衰减的补偿方法，应用于以上介绍的补偿电路，该方法包括：在光伏组件的输出电压小于预设电压时，控制开关闭合，以使第一dc-dc变换器工作将电池的电能提供给补偿电路的第二端；光伏组件的正输出端pv+和负输出端pv-之间连接有第二电阻。可以有效对光伏组件产生的pid进行补偿，从而提高发电效率。

第三方面，本申请实施例还提供一种应用于光伏系统的功率模块，以上介绍的补偿电路集成于该功率模块中，该功率模块应用于光伏系统，光伏系统包括：光伏组件、逆变器、第一dc-dc变换器和电池；第一dc-dc变换器的第一端连接电池，第一dc-dc变换器的第二端连接逆变器的输入端；功率模块还包括第二dc-dc变换器；第二dc-dc变换器的输入端连接光伏组件的输出端，第二dc-dc变换器的输出端连接逆变器的输入端；第二dc-dc变换器将光伏组件的输出电压进行升压后提供给逆变器的输入端。该功率模块不仅可以对光伏组件的输出电压进行升压，而且可以为光伏组件产生的pid进行补偿，提高光伏组件的发电效率。

第四方面，本申请实施例还提供一种光伏系统，包括以上介绍的补偿电路；还包括：光伏组件、逆变器、第一dc-dc变换器和电池；第一dc-dc变换器的第一端连接电池，第一dc-dc变换器的第二端连接逆变器的输入端；补偿电路，用于在光伏组件的输出电压小于预设电压时，对光伏组件的电势诱导衰减进行补偿。该光伏系统可以通过补偿电路对光伏组件的pid进行补偿，从而提高光伏系统的发电效率。

优选地，光伏系统还包括：第二dc-dc变换器，第二dc-dc变换器的输入端连接光伏组件的输出端，第二dc-dc变换器的输出端连接逆变器的输入端；第二dc-dc变换器，用于将光伏组件的输出电压进行升压后提供给逆变器的输入端。

优选地，第一dc-dc变换器为双向dc-dc变换器；控制器，还用于在光伏组件的输出电压大于或等于预设电压，且电池的电量低于预设电量时利用光伏组件依次经过第二dc-dc变换器和第一dc-dc变换器为电池充电。第一dc-dc变换器既可以利用光伏组件输出的电能为电池充电，又可以在光伏组件不输出电能或输出电能较低时，为光伏组件产生的pid进行补偿。

与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：

本申请在逆变器的正输入端和光伏组件的正输出端pv+之间添加了补偿电路，并且光伏组件的正输出端pv+和负输出端pv-之间连接第二电阻。

由于光伏组件依靠太阳光进行发电，因此夜间没有太阳时，光伏组件几乎不输出电能，即光伏组件的输出电压小于预设电压，此时由电池来为补偿电路提供电能，控制补偿电路中的开关闭合，第一电阻和第二电阻以及光伏组件的负输出端pv-和地pe之间的等效电阻(第三电阻)对第一dc-dc变换器的第二端的电压进行分压，由于pe为0电位，pv-的电压为第三电阻上的电压，因此pv-的电压比pe高，即pv-相对于pe为正电压，本方案相当于抬高pv-对地的电压，因此，可以在光伏组件的输出电压小于预设电压时对光伏组件的pid效应进行反向补偿，提高光伏组件的发电效率，从而提高电站的效益。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，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，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，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它的附图。

图1为本申请实施例提供的一种电势诱导衰减的补偿电路示意图；

图2为本申请实施例提供的另一种电势诱导衰减的补偿电路示意图；

图3为本申请实施例提供的又一种电势诱导衰减的补偿电路示意图；

图4为本申请实施例提供的一种电势诱导衰减的补偿方法流程图；

图5为本申请实施例提供的一种光伏系统示意图。

具体实施方式

理论上，光伏组件的负极电位对地是负电位时，容易出现pid效应，为了抑制pid效应，可以将光伏组件的负极电位设置为0电位或者正电位，从而缓解pid效应。但是，将光伏组件的负极pv-接地，提高了pv+与地pe之间的高电压，从而提高了直流线缆对地工作电压的要求，增加安全风险以及成本。另外，将pv-接地，对于集中式逆变器没有剩余电流装置的保护，触碰pv+以后会造成人员电击事故，对人身造成伤害。而且pv-接地，如果pv+或光伏组件之间的电缆产生接地故障，则会通过接地线产生故障电流或者产生电弧放电，容易引起火灾。

因此，为了抑制pid，将光伏组件的pv-直接接地存在以上问题，本申请实施例提供以下技术方案：

由于pid现象是因为光伏组件输出端与地之间存在的高压，而白天时光伏组件的输出端才会输出电压，因此pid效应是在白天产生的。夜晚由于光伏组件的输出端不输出电压，不会产生pid效应。本申请实施例提供的技术方案是在所述光伏组件的输出电压小于预设电压时对pid效应进行补偿。通过在所述光伏组件的输出电压小于预设电压时，将母线电压引到pv-，使pv-到pe形成一个正的电压，对光伏组件的pid进行反向补偿，从而提高光伏组件的发电效率。

为了使本领域技术人员更好地理解本申请实施例提供的技术方案，下面结合附图对其进行详细介绍。

实施例一：

参见图1，该图为本申请实施例提供的一种电势诱导衰减的补偿电路示意图。

本实施例提供的光伏组件电势诱导衰减的补偿电路，应用于光伏系统，所述光伏系统包括：光伏组件pv、逆变器100、第一dc-dc变换器200和电池300；所述第一dc-dc变换器200的第一端连接电池300，所述第一dc-dc变换器200的第二端连接所述逆变器100的输入端；

该补偿电路400包括：开关s、第一电阻r1和控制器(图中未示出)；所述开关s和所述第一电阻r1串联；

所述补偿电路400的第一端连接所述光伏组件的正输出端pv+；所述补偿电路400的第二端连接第一dc-dc(直流-直流)变换器200的第二端；

需要说明的是，补偿电路400中的r1和s串联即可，可以s连接逆变器100的输入端，也可以r1连接逆变器100的输入端，本实施例中不做具体限定。

其中开关s的作用是控制补偿电路400与第一dc-dc变换器200的第二端的连接状态，当s闭合时，补偿电路400与第一dc-dc变换器200的第二端连接；当s断开时，补偿电路400与第一dc-dc变换器200的第二端断开。

由于光伏组件输出的为直流电，因此，需要逆变器将直流电逆变为交流电反馈给电网或交流用电设备。

所述控制器，用于在所述光伏组件的输出电压小于预设电压时，控制所述开关s闭合，以使第一dc-dc变换器200将所述电池的电能提供给补偿电路400的第二端；所述光伏组件的正输出端pv+和负输出端pv-之间连接有第二电阻r2。r2是电路端口的放电电阻，需要符合安规要求。

需要说明的是，pv-和地pe之间存在等效电阻，即第三电阻r3，r3并不是实际接入的电阻，而是为了分析电路的工作原理，示意的等效电阻，一般r3的阻值较大。

控制器用于控制开关s的开关状态，即控制s断开还是闭合。s为可控开关，本申请实施例中不具体限定s的具体类型，例如开关可以为继电器、接触器、断路器、绝缘栅双极型晶体管(igbt，insulatedgatebipolartransistor)或金属氧化物半导体(mos，metaloxidesemiconductor)管中的一种或多种的组合。

由于光伏组件依靠太阳光进行发电，因此夜间没有太阳时，即此时对应光伏组件的输出电压小于预设电压，此时由电池来为逆变器输入端的母线提供电能，建立母线电压，此时控制补偿电路中的开关闭合，r1、r2和r3对母线电压分压，pv-通过r3连接pe，由于pe为0电位，pv-的电压为r3上的电压，因此pv-的电压比pe高，即pv-相对于pe为正电压，本方案相当于抬高pv-对地的电压，因此，可以在光伏组件的输出电压小于预设电压时，对光伏组件白天发生的pid效应进行反向补偿，提高光伏组件的发电效率，从而提高电站的效益。

另外，为了节省损耗，所述控制器还用于在光伏组件的输出电压大于或等于预设电压时，控制所述开关s断开，此时补偿电路从整个系统中断开，不起作用，进而r1上无电流流过，不会产生损耗，进而可以节省电能。

实施例二：

参见图2，该图为本申请实施例提供的另一种电势诱导衰减的补偿电路示意图。

本实施例中，所述补偿电路还可以包括：二极管d1；

所述二极管d1与所述开关s和第一电阻r1均串联；

所述二极管d1的阳极连接所述逆变器100的输入端的一侧，所述二极管d1的阴极连接所述pv+的一侧。

d1的作用是防止电流反向流动，即防止在光伏组件的输出电压大于或等于预设电压时开关s误动作而闭合时电流从pv+流向逆变器100的输入端，即白天补偿电路的通路是断开的，不流过电流。

需要说明的是，d1、s和r1三者串联即可，本申请实施例中不具体限定具体的串联顺序，例如可以s靠近逆变器100的一侧，也可以s靠近光伏组件的一侧，但是d1的阳极是靠近逆变器100的一侧，d1的阴极是靠近光伏组件的一侧，即d1的阳极和阴极的顺序不能颠倒，否则无法起到以上的作用。

另外，本申请实施例中不限定补偿电路中串联的其他器件，例如，可以再串联一个电阻，或者再串联一个二极管等。

另外，本实施例中的补偿电路，还可以包括电压检测电路(图中未示出)；

所述电压检测电路，用于检测所述光伏组件的输出电压；将所述输出电压发送给所述控制器。

因为白天时，光伏组件利用太阳能可以发电，因此光伏组件具有输出电压，但是夜间时，由于没有太阳能，因此光伏组件不输出电压。当然，如果下雨或者阴天，没有太阳，光伏组件的输出电压很低，低于预设电压，也视为夜间。因此，可以利用电压检测电路检测光伏组件的输出电压来判断是否需要补偿电路工作。

实施例三：

参见图3，该图为本申请实施例提供的又一种电势诱导衰减的补偿电路示意图。

本实施例提供的补偿电路对应的光伏系统还包括：第二dc-dc变换器500；

所述第二dc-dc变换器500的输入端连接光伏组件，即第二dc-dc变换器500的正输入端连接光伏组件的pv+，第二dc-dc变换器500的负输入端连接光伏组件的pv-。

所述第二dc-dc变换器500的输出端连接所述逆变器100的输入端；即第二dc-dc变换器500的正输出端连接逆变器100的正输入端，第二dc-dc变换器500的负输出端连接逆变器100的负输入端。

第二dc-dc变换器500的具体选择可以根据实际应用场景来确定，本申请实施例中不做具体限定。例如与光伏组件的输出电压有关。可以为升压boost变换器，也可以为降压buck变换器，也可以为降压-升压buck-boost变换器。

逆变器100的正输入端连接的是正母线bus+，逆变器100的负输入端连接的是负母线bus-。

所述第二dc-dc变换器500可以为boost变换器，实现的作用为将光伏组件的输出电压进行升压后提供给逆变器100。

可以理解的是，当所述光伏组件的输出电压小于预设电压时，s闭合，补偿电路将第一dc-dc200的输出电压回引到pv+，此时第二dc-dc变换器500不工作。

需要说明的是，所述第二dc-dc变换器500输出端的中点n连接pe，即n点的电位为0。

另外，本实施例中提供的所述补偿电路400仅包括电阻、开关和二极管等简单器件，器件少而且体积小，可以与所述第一dc-dc变换器200、第二dc-dc变换器500和逆变器500均集成在功率模块内部，因此可以适用于机柜空间紧张的场景。而目前其他技术方案由于器件复杂体积大均放置在功率模块外部，因此需要在机柜内部预留其他空间专门放置抑制pid的设备。

另外，本实施例中，所述第一dc-dc变换器200为双向dc-dc变换器；

所述控制器，还用于当光伏组件的输出电压大于或等于预设电压且所述电池300的电量低于预设电量时，利用所述光伏组件依次通过第二dc-dc变换器500和所述第一dc-dc变换器200为所述电池300充电。

即，当第一dc-dc变换器200为电池300充电时，电流流向为从逆变器100输入端的母线经过第一dc-dc变换器200流向电池300。当电池电量低时，利用所述第一dc-dc变换器200为所述电池300充电。

当电池300为逆变器100输入端的母线提供电能时，电流流向为从电池300经过第一dc-dc变换器200流向逆变器100输入端的母线。

本实施例，在光伏组件的输出电压小于预设电压时，利用电池300经过第一dc-dc变换器200为补偿电路电能，进而补偿电路将电能反馈到光伏组件的输出端，从而使pv-相对于pe为正电压。由于pv-相对于pe为0或者为正电压时，可以抑制pid，本申请实施例提供的方案可以实现pv-相对于pe为正电压，因此可以实现pid的补偿。

另外，本实施例中在光伏组件和第二dc-dc变换器500的输入端之间还可以包括防止电磁干扰电路，用于抑制光伏组件的输出电压产生的电磁干扰，将抑制后的电压输出给第二dc-dc变换器500的输入端。

方法实施例：

参见图4，该图为本申请提供的一种电势诱导衰减的补偿方法流程图。

本实施例提供的光伏组件电势诱导衰减的补偿方法，应用于以上实施例提供的补偿电路，该方法包括：

s401：判断光伏组件的输出电压是否小于预设电压，如果是，执行s402。

s402：控制所述开关闭合，以使第一dc-dc变换器将所述电池的电能提供给补偿电路的第二端；所述光伏组件的正输出端pv+和负输出端pv-之间连接有第二电阻。

由于pid效应是因为光伏组件输出端与地之间存在的高压，而白天时光伏组件的输出端才会输出电压，因此，pid效应是在白天产生的。夜晚由于光伏组件的输出端几乎不输出电压，因此不会产生pid效应。本申请实施例提供的技术方案是在光伏组件的输出电压小于预设电压时，对pid效应进行补偿。

由于光伏组件依靠太阳光进行发电，因此夜间没有太阳时，光伏组件几乎不输出电能，即光伏组件的输出电压小于预设电压，此时由电池来为补偿电路提供电能，控制补偿电路中的开关闭合，第一电阻和第二电阻以及光伏组件的负输出端pv-和地pe之间的等效电阻(第三电阻)对第一dc-dc变换器的第二端的电压进行分压，由于pe为0电位，pv-的电压为第三电阻上的电压，因此pv-的电压比pe高，即pv-相对于pe为正电压，本方案相当于抬高pv-对地的电压，因此，可以在光伏组件的输出电压小于预设电压时对光伏组件的pid效应进行反向补偿，提高光伏组件的发电效率，从而提高电站的效益。

另外，在白天时，为了节省损耗，可以控制所述开关s断开，此时补偿电路从整个系统中断开，不起作用，进而r1上无电流流过，r1不会产生电能损耗，进而可以节省电能。

本申请实施例中，所述光伏组件的输出电压小于预设电压时，利用电池为母线提供电压。当电池的电量低时，可以在白天时，利用光伏组件输出的电能为电池充电。

功率模块实施例：

基于以上实施例提供的一种补偿电路和补偿方法，本申请实施例还提供一种应用于光伏系统的功率模块，光伏系统包括：光伏组件、逆变器、第一dc-dc变换器和电池；第一dc-dc变换器的第一端连接电池，第一dc-dc变换器的第二端连接逆变器的输入端；功率模块包括第二dc-dc变换器和以上实施例提供的补偿电路；

其中，第二dc-dc变换器的输入端连接所述光伏组件的输出端，所述第二dc-dc变换器的输出端连接所述逆变器的输入端；

所述第二dc-dc变换器，用于将所述光伏组件的输出电压进行升压后提供给所述逆变器的输入端。

可以理解的是，实际应用中，补偿电路可以集成在第二dc-dc变换器的内部，这样可以缩小整体硬件设备的体积，节省其所占用的空间。

光伏系统实施例：

参见图5，该图为本申请实施例提供的一种光伏系统示意图。

本实施例提供的光伏系统，包括以上实施例提供的所述补偿电路400；还包括：光伏组件pv、逆变器100、第一dc-dc变换器200和电池300；

所述补偿电路400，用于在所述光伏组件的输出电压小于预设电压时，对光伏组件pv在白天产生的电势诱导衰减进行补偿。

其中光伏组件pv可以为多个太阳能电池板的串并联。光伏组件pv可以将太阳能转换为直流电能输出。

由于pid效应是因为光伏组件输出端与地之间存在的高压，而白天时光伏组件的输出端才会输出电压，因此，pid效应是在白天产生的。夜晚由于光伏组件的输出端不输出电压，因此不会产生pid效应。本申请实施例提供的技术方案是在所述光伏组件的输出电压小于预设电压时，对光伏组件pv的pid效应进行补偿。

由于光伏组件依靠太阳光进行发电，因此夜间没有太阳时，光伏组件几乎不输出电能，即光伏组件的输出电压小于预设电压，此时由电池来为补偿电路提供电能，控制补偿电路中的开关闭合，第一电阻和第二电阻以及光伏组件的负输出端pv-和地pe之间的等效电阻(第三电阻)对第一dc-dc变换器的第二端的电压进行分压，由于pe为0电位，pv-的电压为第三电阻上的电压，因此pv-的电压比pe高，即pv-相对于pe为正电压，本方案相当于抬高pv-对地的电压，因此，可以在光伏组件的输出电压小于预设电压时对光伏组件的pid效应进行反向补偿，提高光伏组件的发电效率，从而提高电站的效益。

另外，在白天时，为了节省损耗，可以控制所述开关s断开，此时补偿电路从整个系统中断开，不起作用，进而r1上无电流流过，r1不会产生电能损耗，进而可以节省电能。

本申请实施例中，所述光伏组件的输出电压小于预设电压时，利用电池为母线提供电压。当电池的电量低时，可以在白天时，利用光伏组件输出的电能为电池充电。

另外，该光伏系统还可以包括第二所述第二dc-dc变换器500的输入端连接光伏组件，即第二dc-dc变换器500的正输入端连接光伏组件的pv+，第二dc-dc变换器500的负输入端连接光伏组件的pv-。

所述第二dc-dc变换器500的输出端连接所述逆变器100的输入端；即第二dc-dc变换器500的正输出端连接逆变器100的正输入端，第二dc-dc变换器500的负输出端连接逆变器100的负输入端。

所述第二dc-dc变换器500可以为boost变换器，实现的作用为将光伏组件的输出电压进行升压后提供给逆变器100。

可以理解的是，当所述光伏组件的输出电压小于预设电压s闭合时，补偿电路将母线电压回引到pv+，此时第二dc-dc变换器500不工作。

需要说明的是，所述第二dc-dc变换器500输出端的中点n连接pe，即n点的电位为0。

另外，本实施例中提供的所述补偿电路400仅包括电阻、开关和二极管等简单器件，器件少而且体积小，可以与所述第一dc-dc变换器200、第二dc-dc变换器500和逆变器500均集成在功率模块内部，因此可以适用于机柜空间紧张的场景。而目前其他技术方案由于器件复杂体积大均放置在功率模块外部，因此需要在机柜内部预留其他空间专门放置抑制pid的设备。

另外，本实施例中提供的光伏系统，在光伏组件和第二dc-dc变换器500的输入端之间还可以包括防止电磁干扰电路600，用于抑制光伏组件的输出电压产生的电磁干扰，将抑制后的电压输出给第二dc-dc变换器500的输入端。

应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“a和/或b”可以表示：只存在a，只存在b以及同时存在a和b三种情况，其中a，b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

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。