一种光伏发电并网系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种光伏发电并网系统，包括：并网装置和光伏阵列；其中，该并网装置与该光伏阵列通过串联方式进行连接，并且并网装置与光伏阵列连接到直流母线的两端之间；并网装置的输出电压可调，直流母线的两端包括以下之一：直流母线的正极和负极、直流母线的正极和地、直流母线的负极和地，并网装置的容量较小，从而解决了现有技术中通过DC/DC变换器进行最大功率跟踪，DC/DC变换器的容量较大，体积大、造价较高的问题，保证了MPPT的良好性能，提高了光伏电池板使用效率。
【专利说明】
一种光伏发电并网系统
技术领域
[0001]本发明涉及电力电子领域，具体涉及一种光伏发电并网系统。
【背景技术】
[0002]据预测，太阳能光伏发电在21世纪会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。预计到2030年，可再生能源在总能源结构中将占到30%以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10%以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的50%以上，太阳能光伏发电将占总电力的20%以上;到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80%以上，太阳能发电将占到60%以上。这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。
[0003]可见在传统的石化能源日益短缺的情况下太阳能在未来的能源系统中所起到的作用越来越受到关注，但目前光伏电池转换效率的偏低是太阳能大规模推广应用的瓶颈。光伏阵列输出特性具有非线性特征，并且其输出电压、电流受太阳光照强度、环境温度和负载情况影响。在一定的太阳光照强度和环境温度下，光伏阵列可以工作在不同的输出电压，但是只有在某一输出电压值时，光伏阵列的输出功率才能达到最大值，这时光伏阵列的工作点就达到了输出功率电压曲线的最高点，称之为最大功率点(Maximum PowerPoint，简称为MPP)。因此，在光伏发电系统中，要提高系统的整体效率，一个重要的途径就是实时调整光伏阵列的工作点，使之始终工作在最大功率点附近，这一过程就称之为最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking，简称为MPPT)。如图1示出了光伏阵列的输出功率随光伏阵列的输出电压的变化。
[0004]目前在现有技术中都是通过DC/DC变换器进行最大功率跟踪，但是DC/DC变换器的容量较大，体积大并且造价较高。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种光伏发电并网系统，以至少解决现有技术中通过DC/DC变换器进行最大功率跟踪，DC/DC变换器的容量较大，体积大并且造价较高的问题。
[0006]根据本发明的一个方面，提供了一种光伏发电并网系统，包括:并网装置和光伏阵列;其中，所述并网装置与所述光伏阵列通过串联方式进行连接，并且所述并网装置与所述光伏阵列连接到直流母线的两端之间；所述并网装置的输出电压可调;所述直流母线的两端包括以下之一:所述直流母线的正极和负极、所述直流母线的正极和地、所述直流母线的负极和地。
[0007]可选地，所述并网装置包括换流器。
[0008]可选地，所述并网装置包括:DC/AC换流器、变压器和整流桥;其中，所述DC/AC换流器的直流侧的第一端连接至所述光伏阵列，所述DC/AC换流器的直流侧的第二端连接至所述直流母线，所述DC/AC换流器的交流侧连接至所述变压器的第一端，所述变压器的第二端连接至所述整流桥的第一端，所述整流桥的第二端连接至所述直流母线的两端。
[0009]可选地，所述并网装置包括:DC/AC换流器、变压器、AC/DC换流器和低压直流接口 ；其中，所述DC/AC换流器的直流侧的第一端连接至所述光伏阵列，所述DC/AC换流器的直流侧的第二端连接至所述直流母线，所述DC/AC换流器的交流侧连接至所述变压器的第一端，所述变压器的第二端连接至所述AC/DC换流器的交流侧，所述AC/DC换流器的直流侧的第一端连接至所述低压直流接口的正极，所述AC/DC换流器的直流侧的第二端连接至所述低压直流接口的负极。
[0010]可选地，所述并网装置包括:DC/AC换流器、变压器和交流接口；其中，所述DC/AC换流器的直流侧的第一端连接至所述光伏阵列，所述DC/AC换流器的直流侧的第二端连接至所述直流母线，所述DC/AC换流器的交流侧连接至所述变压器的第一端，所述变压器的第二端连接至所述交流接口。
[0011]通过本发明，采用一种光伏发电并网系统，包括:并网装置和光伏阵列;其中，该并网装置与该光伏阵列通过串联方式进行连接，并且并网装置与光伏阵列连接到直流母线的两端之间；并网装置的输出电压可调，直流母线的两端包括以下之一:直流母线的正极和负极、直流母线的正极和地、直流母线的负极和地。由于并网装置和光伏阵列串联连接之后连接至直流母线的两端之间，因此并网装置的输出电压和光伏阵列的输出电压之和为直流母线的电压，同时，由于直流母线的电压固定不变，从而可以通过调节并网装置的电压实现调节光伏阵列的电压的目的，进而使得光伏阵列的输出功率达到最大值。另外，并网装置的容量较小，解决了现有技术中通过DC/DC变换器进行最大功率跟踪，DC/DC变换器的容量较大，体积大并且造价较高的问题，保证了 MPPT的良好性能，提高了光伏电池板使用效率。
【附图说明】
[0012]为了更清楚地说明本发明【具体实施方式】或现有技术中的技术方案，下面将对【具体实施方式】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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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他的附图。
[0013]图1是光伏阵列的输出功率随光伏阵列的输出电压变化的示意图；
[0014]图2是根据本发明实施例的光伏发电并网系统的一个结构示意图；
[0015]图3是根据本发明实施例的光伏发电并网系统的另一个结构示意图；
[0016]图4是根据本发明实施例的光伏发电并网系统的再一个结构示意图；
[0017]图5是根据本发明实施例的光伏发电并网系统的再一个结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0019]在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0020]在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接;可以是机械连接，也可以是电连接;可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0021]此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
[0022]在本实施例中提供了一种光伏发电并网系统，图2是根据本发明实施例的光伏发电并网系统的一个结构示意图，如图2所示，光伏发电并网系统，包括:光伏阵列11和并网装置12，光伏阵列11和并网装置12通过串联方式进行连接，并且并网装置12与光伏阵列11连接到直流母线的两端之间，直流母线的两端包括以下之一:直流母线的正极和负极、直流母线的正极和地、直流母线的负极和地，例如，将并网装置12的一端连接至光伏阵列11，并网装置12的另一端连接至直流母线的正极，光伏阵列11的一端连接至并网装置12，光伏阵列11的另一端连接至直流母线的负极;或者，将并网装置12的一端连接至光伏阵列11，并网装置12的另一端连接至直流母线的负极，光伏阵列11的一端连接至并网装置12，光伏阵列11的另一端连接至直流母线的正极。并网装置12的输出电压可调。该直流母线可以是高压直流母线。
[0023]由于并网装置12和光伏阵列11串联连接之后连接至直流母线的正极与负极之间，因此并网装置12的输出电压和光伏阵列11的输出电压之和为直流母线的电压，同时，由于直流母线的电压固定不变，从而可以通过调节并网装置12的电压实现调节光伏阵列11的电压的目的，进而使得光伏阵列11的输出功率达到最大值。另外，并网装置12的容量较小，解决了现有技术中通过DC/DC变换器进行最大功率跟踪，DC/DC变换器的容量较大，体积大并且造价较高的问题，保证了 MPPT的良好性能，提高了光伏电池板使用效率。
[0024]为了对电压进行交流或者直流的变换以及对电压值进行调整，在一个可选实施例中，并网装置12包括换流器和变压器。即，通过换流器可以将直流电转换为交流电或者将交流电转换为直流电，通过变压器可以进行升压或者降压。通常光伏阵列11产生的是直流电，直流母线传输的也是直流电，因此在并网装置12的输出为交流电的情况下，可以通过换流器将交流电转换为直流电，通过变压器可以增大或者减小并网装置12的输出电压，从而进一步调整光伏阵列11的输出电压。在另一个可选实施例中，并网装置12仅可以包括换流器，在这种情况下，换流器输出了合理的电压值，不需要由变压器对电压进行升高或者降低。
[0025]上述并网装置12的主要作用在于对电压进行调整，其实现方式可以包括很多种，下面对此进行举例说明。
[0026]图3是根据本发明实施例的光伏发电并网系统的另一个结构示意图，如图3所示，并网装置包括:DC/AC换流器、变压器和整流桥;其中，DC/AC换流器的直流侧的第一端连接至光伏阵列11，DC/AC换流器的直流侧的第二端连接直流母线，DC/AC换流器的交流侧连接至变压器的第一端，变压器的第二端连接至整流桥的第一端，整流桥的第二端连接至直流母线的两端，例如，整流桥的第二端连接至直流母线的正极和负极，或者整流桥的第二端连接至直流母线的正极和地，又或者整流桥的第二端连接至直流母线的负极和地。DC/AC换流器将直流侧电压转换成交流，再经变压器耦合变压后与整流桥连接，整流桥与高压直流相连，将功率输送到高压直流。通过DC/AC换流器的控制，实现光伏阵列侧直流电压的可控，从而进行最大功率跟踪。采用二极管整流桥可降低设备造价。
[0027]图4是根据本发明实施例的光伏发电并网系统的再一个结构示意图，如图4所示，并网装置包括:DC/AC换流器、变压器、AC/DC换流器和低压直流接口；其中，DC/AC换流器的直流侧的第一端连接至光伏阵列11，DC/AC换流器的直流侧的第二端连接至直流母线，DC/AC换流器的交流侧连接至变压器的第一端，变压器的第二端连接至AC/DC换流器的交流侧，AC/DC换流器的直流侧的第一端连接至低压直流接口的正极，AC/DC换流器的直流侧的第二端连接至低压直流接口的负极。DC/AC换流器将直流电压变换成交流后与变压器原边连接，变压器实现高低压的隔离和电压变换作用。通过DC/AC换流器和AC/DC换流器的控制，实现光伏阵列侧直流电压的可控，从而进行最大功率跟踪。
[0028]图5是根据本发明实施例的光伏发电并网系统的再一个结构示意图，如图5所示，并网装置包括:DC/AC换流器、变压器和交流接口；其中，DC/AC换流器的直流侧的第一端连接至光伏阵列11，DC/AC换流器的直流侧的第二端连接至直流母线，DC/AC换流器的交流侧连接至变压器的第一端，变压器的第二端连接至交流接口。DC/AC换流器将直流电压变换成交流后与变压器原边连接，变压器实现高低压的隔离和电压变换作用，变压器副边直接与低压交流连接。通过DC/AC换流器的控制，实现光伏阵列侧直流电压的可控，从而进行最大功率跟踪。
[0029]综上所述，通过本发明提供的一种光伏发电并网系统，利用小容量的并网装置与光伏阵列串联来调节MPPT，解决了现有技术中通过DC/DC变换器进行最大功率跟踪，DC/DC变换器的容量较大，体积大并且造价较高的问题，保证了 MPPT的良好性能，提高了光伏电池板使用效率。
[0030]显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
【主权项】
1.一种光伏发电并网系统，其特征在于，包括: 并网装置和光伏阵列；其中，所述并网装置与所述光伏阵列通过串联方式进行连接，并且所述并网装置与所述光伏阵列连接到直流母线的两端之间;所述并网装置的输出电压可调； 所述直流母线的两端包括以下之一:所述直流母线的正极和负极、所述直流母线的正极和地、所述直流母线的负极和地。2.根据权利要求1所述的光伏发电并网系统，其特征在于，所述并网装置包括换流器。3.根据权利要求1所述的光伏发电并网系统，其特征在于，所述并网装置包括: DC/AC换流器、变压器和整流桥;其中，所述DC/AC换流器的直流侧的第一端连接至所述光伏阵列，所述DC/AC换流器的直流侧的第二端连接至所述直流母线，所述DC/AC换流器的交流侧连接至所述变压器的第一端，所述变压器的第二端连接至所述整流桥的第一端，所述整流桥的第二端连接至所述直流母线的两端。4.根据权利要求1所述的光伏发电并网系统，其特征在于，所述并网装置包括: DC/AC换流器、变压器、AC/DC换流器和低压直流接口 ；其中，所述DC/AC换流器的直流侧的第一端连接至所述光伏阵列，所述DC/AC换流器的直流侧的第二端连接至所述直流母线，所述DC/AC换流器的交流侧连接至所述变压器的第一端，所述变压器的第二端连接至所述AC/DC换流器的交流侧，所述AC/DC换流器的直流侧的第一端连接至所述低压直流接口的正极，所述AC/DC换流器的直流侧的第二端连接至所述低压直流接口的负极。5.根据权利要求1所述的光伏发电并网系统，其特征在于，所述并网装置包括: DC/AC换流器、变压器和交流接口；其中，所述DC/AC换流器的直流侧的第一端连接至所述光伏阵列，所述DC/AC换流器的直流侧的第二端连接至所述直流母线，所述DC/AC换流器的交流侧连接至所述变压器的第一端，所述变压器的第二端连接至所述交流接口。
【文档编号】H02J3/38GK106058926SQ201610487581
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月28日
【发明人】邓占锋, 陆振纲, 宋洁莹, 赵国亮, 尉志勇, 蔡林海, 王志凯, 葛菁
【申请人】全球能源互联网研究院, 国家电网公司