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一种太阳能发电系统及其汇流箱的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种太阳能发电系统及其汇流箱的控制方法，包括太阳能阵列组、汇流箱和太阳能并网逆变器组，汇流箱用于采集太阳能阵列的发电电压和电流，根据以上参数控制太阳能阵列之间的串并联方式，达到并网逆变器所需的工作电压和电流，通过汇流箱自身的输出电压和电流，选择开启与关闭并网逆变器的数量，令每个并网逆变器以满功率下工作。本发明的太阳能发电系统及其汇流箱的控制方法，在多组太阳能阵列和并网逆变器组之间设置汇流箱的方式，通过汇流箱采集到的实时信号对太阳能阵列和并网逆变器组进行控制，在阴雨季节和光照不强的情况下，改变太阳能阵列组之间的连接关系，适当关闭部分并网逆变器，保证所有工作的并网逆变器满功率工作。

Description

一种太阳能发电系统及其汇流箱的控制方法
技术领域
本发明涉及太阳能发电技术，尤指一种太阳能发电系统及其控制方法。
背景技术
太阳能并网发电可以减轻能源危机的压力、解决电力紧缺地区的供电问题、缓解峰值时间的电力紧张，又有保护环境、便于安装、适应地域广、无能源消耗等诸多优点，所以，太阳能并网发电成为世界上多个国家政府支持的长期能源战略的重要内容，是今后新能源的发展趋势。
我国的太阳能并网发电刚刚起步，目前市场上的太阳能并网发电系统均采用一一对应的工作方式，即一个太阳能阵列(比如10KWp的太阳能阵列)只能为一台并网逆变器(比如并网逆变器的最大直流输入功率为10KW)供电；而不能做到多个太阳能阵列为多台并网逆变器供电的情况，即不能实现太阳能阵列的共用，也不能实现并网逆变器的共用。其原因就是在最大功率跟踪上采用了分散式的操作手段，但是没有采用集中式的控制方式，使每台并网逆变器和每个太阳能阵列都是相互独立的。
在阴雨季节或者光照不强的时候，一个独立的太阳能阵列的输出电压很低，其工作在低功率状态，不能满足与此太阳能阵列对应的并网逆变器的工作条件，这样并网逆变器就不能工作，太阳能电站就不能发电，阻碍了太阳能电站的发电效率，也没有更高效的利用太阳能电池板。
目前，市场上有利用电容型储能元件和升压电路来解决太阳能电池板在阴雨季节或者光照不强时不能发电的情况；但是，由于大的电容型储能元件价格昂贵，升压电路自身有很大的损耗，并且升压电路供给并网逆变器的是脉冲电压，不利于并网逆变器的正常使用，所以不能大规模的使用。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种提高太阳能电站的工作效率，有效解决大规模电站在阴雨季节或者光照不强时不能发电问题的太阳能发电系统及其汇流箱的控制方法。
为实现上述目的，本发明的太阳能发电系统，包括至少两组太阳能阵列、至少一个汇流箱和太阳能并网逆变器组，汇流箱与太阳能阵列和太阳能并网逆变器组相连，用于采集太阳能阵列的发电电压和电流，根据采集的发电电压和电流控制太阳能阵列之间的串并联方式，达到并网逆变器所需的工作电压和电流，根据太阳能方阵的输出功率，通过汇流箱自身的输出电压和电流，选择开启与关闭并网逆变器组中并网逆变器的数量，令每个并网逆变器以满功率下工作。
进一步，所述汇流箱包括电流传感器、电压传感器、切换开关、稳压恒流装置、功率抑制装置和控制电路，其中，
电流传感器用于采集所述太阳能阵列的发电电流；
电压传感器用于采集所述太阳能阵列的发电电压；
切换开关用于更改所述太阳能阵列的串并联连接方式；
稳压恒流装置用于在所述太阳能阵列的连接方式变换时，保证所述太阳能阵列输入到所述并网逆变器组的直流电压和电流平稳；
功率抑制装置用于在所述太阳能阵列的输出电压和电流发生突变时抑制功率，保证控制电路给切换开关的信号平稳；
控制电路用于对电流传感器采集的电流信号，电压传感器采集的电压信号以及功率抑制装置的功率抑制信号，经过数据处理输出控制信号。
进一步，所述汇流箱中集成有防雷装置。
进一步，所述并网逆变器与太阳能阵列的规格相互对应。
进一步，所述并网逆变器组中的每一并网逆变器为同一规格。
上述太阳能发电系统中的汇流箱的控制方法，具体为：1)在汇流箱的控制电路中预设单台并网逆变器的满功率Pm和并网逆变器的最佳工作电压Vm；2)根据汇流箱采集的单个太阳能阵列的发电电压V0和发电电流I0，计算出单个太阳能阵列发电功率P0；3)利用公式Vm/V0＝N1+X1Pm/P0＝N2+X2，计算出整数N1、N2和小数X1、X2；4)根据N1、N2和小数X1、X2的数值控制切换开关，切换太阳能阵列之间的串并联关系，并计算经过切换后的每组太阳能阵列的输出功率p1；5)判断p1和pm大小，当p1≥pm时，重复步骤4)，切换开关改变太阳能阵列之间的串并联关系，直至满足p1＜pm；当p1＜pm时，关闭或开启部分并网逆变器。
本发明的太阳能发电系统及其汇流箱的控制方法，在多组太阳能阵列和并网逆变器组之间设置汇流箱的方式，通过汇流箱采集到的实时信号对太阳能阵列和并网逆变器组进行控制，在阴雨季节和光照不强的情况下，改变太阳能阵列组之间的串并联关系，并适当关闭部分并网逆变器，保证所有工作的并网逆变器满功率工作；在夏季光照强的情况下，所有太阳能阵列都在正常状态下工作时，汇流箱控制开启所有并网逆变器，如此有效的解决了现有太阳能电站不发电和损耗大的问题，提高了太阳能电站的工作效率。
附图说明
图1为本发明太阳能发电系统的结构框图；
图2为220Wp太阳能电池板在不同辐照度下的发电电压-发电电流特征曲线；
图3为本发明太阳能发电系统中汇流箱的工作流程图。
具体实施方式
以下，参考附图对关于本发明的太阳能发电系统及其高效汇流箱的控制方法进行详细说明。
如图1所示，本发明的太阳能发电系统，包括太阳能阵列组1、汇流箱2和并网逆变器组3，通过汇流箱2将太阳能阵列组1与并网逆变器组3相连，并网逆变器组3输出端设置交流配电柜4给电网5和负载6供电。汇流箱2包括电流传感器201、电压传感器202、切换开关203、稳压恒流装置204、功率抑制装置205和控制器206，其中电流传感器201用于采集太阳能阵列组1中的发电电流，电压传感器202用于采集太阳能阵列组1中的发电电压，切换开关203用于更改太阳能阵列组1的串并联连接方式，稳压恒流装204置用于在太阳能阵列组1的连接方式变换时，保证太阳能阵列组1输入到并网逆变器组3的直流电压和电流平稳；功率抑制装置205用于在太阳能阵列组1的输出电压和电流发生突变时抑制功率，保证控制器206给切换开关203的信号平稳；控制器206用于对电流传感器201采集的电流信号，电压传感器202采集的电压信号以及功率抑制装置205的功率抑制信号，经过数据处理输出控制信号。
图2表示的是某块220Wp太阳能电池板在不同辐照度下的发电电压-发电电流特性图，由图可知，当在辐照度高的时候(大于800W/m2)，太阳能电池板的发电电流明显大于该太阳能电池板在辐照度低的时候(小于200W/m2)的发电电流，由公式(1)可知，该太阳能电池输出功率在辐照度强的时候明显大于辐照度低的时候。所以在阴雨季节和光照不强的环境下，由于辐照度低，太阳能阵列组1都工作在低功率状态，汇流箱2控制只启动几台并网逆变器，使这些并网逆变器达到满功率工作或者在最大功率跟踪控制(以下称作MPPT(Maximum Power Point Tracking)下工作。当太阳能阵列组1在照度强的情况下都在正常状态下工作时，汇流箱2将启动所有的并网逆变器，令所有的并网逆变器工作在满功率状态或者在MPPT调节下工作，有效解决了大规模电站在阴雨季节或者光照不强时不能发电和损耗大的问题。
另外，通过模块化设计，汇流箱2中还可以集成防雷模块，这样更能保证并网太阳能电站安全、正常和高效运行。
如图3所示，本发明的汇流箱的控制步骤具体为：步骤SD02是对汇流箱进行数据初始化，其中包括单台并网逆变器的满功率Pm和并网逆变器的最佳工作电压Vm，Pm和Vm存储在控制器206中，是并网逆变器工作的主要参考值，根据这些参考值才能计算后面的控制过程。步骤SD03是控制器206通过电压传感器202采集单个太阳能阵列发电电压Vo，并且通过电流传感器201采集单个太阳能阵列发电电流Io。步骤SD04是控制器206把采集到的单个太阳能阵列的发电电压Vo和发电电流Io，利用公式(1)计算出单个太阳能阵列发电功率Po，步骤SD05利用公式(2)和公式(3)，计算出整数N1、N2和小数X1、X2。
Po＝Vo×Io    (1)
Vm÷Vo＝N1+X1        (2)
Pm÷Po＝N2+X2        (3)
步骤SD06根据整数N1、N2和小数X1、X2的值来控制切换开关203。当切换开关动作后，太阳能阵列之间的串并联关系就发生改变，所以步骤SD07新的串并联方式将出现。步骤SD08计算太阳能阵列串并联后每组输出的功率P1。
步骤SD09，当判定P1＜Pm为否定时，转向步骤SD06，重新控制切换开关，对太阳能阵列进行重新排列。当判定为肯定时，转向步骤SD10，关闭或者开启部分并网逆变器，然后转向步骤SD03，重新对单个太阳能阵列发电电压Vo和发电电流Io进行采集。
高效汇流箱2中的功率抑制装置205，当功率抑制装置205采集到的电压传感器202和电流传感器201发生突变(太阳光突然变强或者突然变弱)时会抑制功率，保证控制器给切换开关的信号平稳。而稳压恒流装置204，则能够限制高效汇流箱的突变输出，保护并网逆变器的正常工作。
需要指出的是根据本发明的具体实施方式所做出的任何变形，均不脱离本发明的精神以及权利要求所记载的范围。

Claims (6)

1.一种太阳能发电系统，其特征在于，包括至少两组太阳能阵列、至少一个汇流箱和太阳能并网逆变器组，汇流箱与太阳能阵列和太阳能并网逆变器组相连，用于采集太阳能阵列的发电电压和电流，根据采集的发电电压和电流控制太阳能阵列之间的串并联方式，达到并网逆变器所需的工作电压和电流，根据太阳能方阵的输出功率，通过汇流箱自身的输出电压和电流，选择开启与关闭并网逆变器组中并网逆变器的数量，令每个并网逆变器以满功率下工作。
2.如权利要求1所述的太阳能发电系统，其特征在于，所述汇流箱包括电流传感器、电压传感器、切换开关、稳压恒流装置、功率抑制装置和控制电路，其中，
电流传感器用于采集所述太阳能阵列的发电电流；
电压传感器用于采集所述太阳能阵列的发电电压；
切换开关用于更改所述太阳能阵列的串并联连接方式；
稳压恒流装置用于在所述太阳能阵列的连接方式变换时，保证所述太阳能阵列输入到所述并网逆变器组的直流电压和电流平稳；
功率抑制装置用于在所述太阳能阵列的输出电压和电流发生突变时抑制功率，保证控制电路给切换开关的信号平稳；以及
控制电路用于对电流传感器采集的电流信号，电压传感器采集的电压信号以及功率抑制装置的功率抑制信号，经过数据处理输出控制信号。
3.如权利要求1所述的太阳能发电系统，其特征在于，所述汇流箱中集成有防雷装置。
4.如权利要求1所述的太阳能发电系统，其特征在于，所述并网逆变器与太阳能阵列的规格相互对应。
5.如权利要求1所述的太阳能发电系统，其特征在于，所述并网逆变器组中的每一并网逆变器为同一规格。
6.如权利要求1-5任一所述的太阳能发电系统中汇流箱的控制方法，具体为：1)在汇流箱的控制电路中预设单台并网逆变器的满功率Pm和并网逆变器的最佳工作电压Vm；2)根据汇流箱采集的单个太阳能阵列的发电电压V0和发电电流I0，计算出单个太阳能阵列发电功率P0；3)利用公式Vm/V0＝N1+X1、Pm/P0＝N2+X2，计算出整数N1、N2和小数X1、X2；4)根据N1、N2和小数X1、X2的数值控制切换开关，切换太阳能阵列之间的串并联关系，并计算经过切换后的每组太阳能阵列的输出功率p1；5)判断p1和pm大小，当p1≥pm时，重复步骤4)，切换开关改变太阳能阵列之间的串并联关系，直至满足p1＜pm；当p1＜pm时，关闭或开启部分并网逆变器。
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