串联式光伏方阵高压隔离大功率调节装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种串联式光伏方阵高压隔离大功率调节装置。
【背景技术】
[0002] 目前光伏电站在国家的政策激励下飞速发展。光照充足的一、二类地区光伏资源 基本分布在西藏、新疆、青海、内蒙等边远或无人地区，大型光伏电站多建在该些地区。然而 该些地区人烟稀少、交通不便、物资严重缺乏、建设成本高、生存条件差，工业基础差，又处 于电网的末端或远离电网，光伏发电无法就地消纳。外送光伏电能远离电网，使得该些地区 光伏电站的建设、运维成本及传输损耗大大增加，良好资源无法很好的利用。同样，一些荒 山坡岭有良好的光照条件，但由于具备可建设光伏电站逆变器、控制室等条件的地点距离 远不能利用。即便已建设光伏电站，也是选择相对电网较近的地方。无论是光伏电站的汇 流箱与逆变器，还是逆变器与并网点的距离都非常远，也需要长距离输电，交流升压长线传 输，分布电感、电容、电缆内阻都会造成电量的损失，因此损耗是面临的主要的问题。目前国 内外大型光伏电站多采用集中型电站，如图6所示，大型集中式光伏电站为提高光伏电站 容量，将所有的伏组串分成n组，如16串伏组串分为一组，每一组的光伏组串输出经汇流箱 内并联输出。由此出现n台汇流箱，再将n台汇流箱分成n个单元，如8台汇流箱为一个单 元，将一个单元的汇流箱输出在开关柜内并联输出，再将n个单元开关柜输出与逆变器输 入端并联，逆变器转换输出交流经升压变压器升压并网，n为> 1的整数。存在W下不足：
[0003] >电站远离并网点，无论是汇流箱与逆变器还是与并网点的距离相对都较远，传 输损耗大；
[0004] >集中式大功率逆变器采用光伏组串并联，对每串光伏组串无法独立进行MPPT 最大功率点跟踪；汇流箱同样也无法对光伏组串/阵列实现功率优化，造成发电功率损失； [000引 >光伏组串汇流输出电压采用低电流大电缆，传输损耗大，W10丽电站为例，输 出到逆变器输入端直流电压500V则电流为20000A;
[0006] >由于逆变器功率不变，不能满足光伏方阵低功率输出时的功率匹配，功率大量 损失，而且失配时逆变器输出的谐波增加；
[0007] >所应用设备都是低电压大电流形式，如逆变器的通态损耗大；
[0008] >由于逆变器输入电压低，使得并网输出采用升压变压器输出，增加损耗及成 本；
[0009] >由于汇流箱及逆变器无法检测组串、电缆、接线端子的拉电弧、虚接等故障问 题，造成发电量损失及火灾引起的财产损失。
[0010] 为降低光伏电站系统损耗，有效发挥光伏组件的最大发电效率，目前国内外在不 同技术方向进行研究，如光伏组件级、光伏组串级、光伏方阵级的功率优化，然而应用并不 理想，主要表现在：组件功率优化器安装在组件上，大型电站应用成本高；组串型逆变器的 应用有限，在大型电站推广成本高；
[0011] 再如，模块化逆变器虽可适应全程光伏方阵输出功率匹配，但由于无法实现光伏 组串独立功率优化，应用较少；
[0012] 又如，具有光伏组串功率优化、火灾监控预警的智能汇流箱，和目前无光伏组串功 率优化、火灾监控预警的汇流箱比较，由于输出电流大、应用意识及成本高，应用受阻。
[0013] 串联式光伏方阵具有输出电压高、电流小、独立的光伏组串功率优化、成本低等智 能检测功能，是非常理想的光伏电站模式，但目前应用较少，其原因之一是在串联式光伏方 阵中每个光伏组串高压隔离功率调节模块输出功率<15KW，应数该模块量多。如图2所示的 光伏组串高压隔离功率调节模块电路原理，由于该模块采用一串或两串并联光伏组串经光 伏组串高压隔离功率调节模块Pm_in+、Pm_in-输入，并由功率开关Q1、功率开关Q2、储能电 感L1、储能电容C1、续流二极管D1、电流传感器A组成的升、降压电路与稳压电路、控制器及 高压隔离变压器连接，组成光伏组串高压隔离调节最大功率跟踪模块。实现光伏组串MPPT 最大功率跟踪、高压隔离及功率优化或升、或降电压输出。正常光照时MPPT跟踪电压经高 压隔离变压器输出为串联式光伏方阵系统功率优化电压。由于云对光伏组串的影响，在串 联式光伏方阵系统中各光伏组串输出功率不同。为满足串联式光伏方阵最大功率输出，串 联式光伏方阵系统依据功率优化控制策略，调整每个光伏组串高压隔离调节最大功率跟踪 模块或升、或降电压输出。由于该模块只有一串或两串并联光伏组串输入，而且MPPT最大 功率跟踪与串联式光伏方阵功率优化采用同一升、降电压电路，所调整的串联式光伏方阵 优化输出电压也就是调整改变该模块的光伏组串MPPT最大功率跟踪电压值，由此调整会 造成光伏组串MPPT最大功率跟踪点偏离。由此也带来某个的光伏组串MPPT最大跟踪点偏 离损失，但对串联式光伏方阵系统来讲，可获得最大的功率输出。
[0014] 图5所示是由n台光伏组串高压隔离功率调节模块串联组成的串联式光伏方阵， 串联式光伏方阵输出直流电压经模块化逆变器转换输出交流电压再并网。由于光伏组串输 入数量《2串，所W每个模块输出功率<15KW。如在容量10MW光伏电站应用，所需要的光伏 组串高压隔离功率调节模块数量为：
[00巧]10000KW/15KW= 667块，应用数量多，成本高。
【发明内容】
[0016] 本发明的目的是克服现有集中式大型光伏电站中各环节功率损耗问题，如每个光 伏组串无法实现独立MPPT最大功率点跟踪，效率损失大、低压大电流输电电缆设备损耗、 大型变压器的功率损耗，远离并网点建电站成本高等缺点，W及现有串联式光伏方阵系统 中的光伏组串高压隔离功率调节模块输出功率低，应用光伏组串高压隔离功率调节模块数 量多等问题，提出一种串联式光伏方阵高压隔离大功率调节装置。本发明可提高串联式光 方阵系统输出功率。
[0017] 本发明所设及的高压是指光伏组串输出电压的最大值1000V。
[0018] 本发明采用W下技术方案：
[0019] 本发明由H桥功率驱动电路、n个最大功率跟踪模块最大功率跟踪模块、汇流母 排、避雷器、电压检测电路、高压隔离变压器、功率直流输出电路、控制器供电电路和控制器 组成，n为〉2的整数。
[0020] 每个光伏组串的输出端与一个最大功率跟踪模块最大功率跟踪模块的输入端连 接，n个最大功率跟踪模块的输出端与汇流母排并联，汇流母排还与一个H桥功率驱动电路 的功率输入端，避雷器和电压检测电路输入端并联；H桥功率驱动电路的功率输出端与高 压隔离变压器输入绕组端连接；高压隔离变压器的功率输出绕组和控制器供电输出绕组分 别与功率直流输出电路的输入端和控制器供电的输入端连接；控制器供电电路的输出端与 控制器电源的输入端连接；控制器还分别与n个最大功率跟踪模块最大功率跟踪模块、H桥 功率驱动电路连接。
[0021] 所述的H电桥率驱动电路由4只功率开关管和4只续流二极管组成，每只功率开 关管有一个控制输入端、一个功率输入端和一个功率输出端。每只功率开关管的输入端和 输出端反向并联一只续流二极管；每2只功率开关管串联，组成2组H桥臂电路；每组H桥 臂电路中，一只功率开关管功率输入端与另一只功率开关管的输出端串联，连接点为H桥 臂电路的功率输出端；2组H桥臂电路的两端分别为H桥臂电路的正端和负端；2组H桥臂 电路并联组成H桥功率驱动电路，并联后，所述的H桥臂电路的正端和负端也是H桥功率驱 动电路的正端和负端，2组H桥臂电路的功率输出端也为H桥率驱动电路的2个功率输出 端，4只功率开关管的控制输入端也是H桥功率驱动电路的4个控制输入端。
[0022] 所述的最大功率跟踪模块由储能电感、储能电容、功率开关、续流二极管和电流传 感器组成。
[0023] 每一串光伏组串的正输出端与最大功率跟踪模块的正负输入端连接，最大功率跟 踪模块的正输入端与储能电