CN103378602A - 分布式串联光伏并网发电系统及电流采样校正方法 - Google Patents

分布式串联光伏并网发电系统及电流采样校正方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了分布式串联光伏并网发电系统及电流采样校正方法,该系统包括至少一个新能源发电模块和一个集中变换器,集中变换器中设置有第一电流采样装置,第一电流采样装置进行高精度的电流采样;新能源发电模块中的DC-DC变换器上设置有第二电流采样装置,第二电流采样装置进行低精度的电流采样DC-DC变换器与集中变换器通信相接,并获取集中变换器通过第一电流采样装置采样到的电流值,并以此校准第二电流采样装置的电流采样。该系统进行采样校正时通过后端集中式变换器器精确的电流采样来校准前端分布式串联系统中每个新能源发电模块的电流采样。本发明可以实现新能源发电模块精确的电流采样,以便系统调整控制策略、改善系统发电效率。

Description

分布式串联光伏并网发电系统及电流采样校正方法
技术领域
本发明属新能源发电技术领域,具体涉及的是串联模块结构新能源发电系统分布式串联光伏并网发电系统电流采样校正方法,尤其适用于光伏发电并网发电系统和热电发电系统等。
背景技术
发展和利用太阳能、热电等新型能源发电技术是应对能源和环境危机的重要举措。由于新能源发电设备成本高且能量转换效率低,极大增加了发电成本,限制了新能源发电技术的推广和应用。下面以太阳能光伏发电系统为例来说明本发明的应用背景。
光伏并网发电是太阳能发电应用最主要的方式,据统计,全世界超过90%的光伏发电设备安装容量为并网应用,这是因为并网应用相对独立光伏系统有成本低和免维护等优势。光伏并网发电系统分为集中式和分布式两种类型。分布式MPPT系统可以保证每个光伏组件工作在各自的最大功率点,解除各个组件直接串并联连接时存在的电压或电流耦合,消除光伏组件之间特性不一致或环境条件不一致时因为彼此相互影响导致的发电量降低问题,改善系统发电效率,同时提高系统可靠性高,因而受到广泛关注。考虑到分布式发电的特点,其成本较传统发电系统有了较大的提高,因此分布式发电模块的成本是个非常关键的问题,因此一般分布式发电模块的电流采样常用电阻做为检测设备,带来的问题是电流采样精度很低,影响系统发电量。
发明内容
本发明针对现有分布式光伏并网发电系统中为降低成本采样常用电阻做为检测设备所存在电流采样精度很低,影响系统发电量的问题,而提供一种分布式串联光伏并网发电系统,同时基于该系统本发明还提一种电流采样校正方法。本发明通过在逆变器中配置高精度电流采样器及,利用逆变器的电流采样信号对分布式串联模块中的输出电流采样精度进行校准,提高分布式模块的采样精度,改善新能源发电系统的系统效率,达到提高发电量的目的。
为了达到上述目的,本发明采用如下的技术方案:
分布式串联光伏并网发电系统,所述发电系统包括至少一个新能源发电模块和一个集中变换器,所述新能源发电模块由新能源发电设备和DC-DC变换器构成,所述新能源发电设备的输出端与DC-DC变换器的输入端相连,多个新能源发电模块的输出侧串联连接形成直流模块组串,直流模块组串的输出端形成高压直流母线,然后与集中变换器的输入端相连;
其中,所述集中变换器中设置有第一电流采样装置,所述第一电流采样装置进行高精度的电流采样;所述DC-DC变换器上设置有第二电流采样装置,所述第二电流采样装置进行低精度的电流采样,所述DC-DC变换器与集中变换器通信相接,并获取集中变换器通过第一电流采样装置采样到的电流值,并以此校准第二电流采样装置的电流采样。
在发电系统的优选实例中,所述新能源发电设备为光伏组件或热电池。
进一步的,所述集中变换器为DC-DC变换器,所述集中变换器的输出端与用电负载或蓄电池相连。
进一步的,所述集中变换器为并网逆变器,所述集中变换器的输出端与电网相连。
进一步的,所述发电系统包括若干直流模块组串,所述若干直流模块组串输出侧并联连接形成高压直流母线,然后再与集中变换器的输入端相连。
进一步的,所述DC-DC变换器为降压变换器或者升降压变换器。
进一步的,所述第二电流采样装置为电阻。
进一步的,所述第一电流采样装置为电流传感器。
基于上述分布式串联光伏并网发电系统,本发明提供的分布式串联光伏并网发电系统的电流采样校正方法,包括如下步骤:
(1)位于发电系统后端的集中变换器进行高精度的电流采样,同时位于发电系统前端的DC-DC变换器进行低精度的电流采样;
(2)后端集中变换器把采样到的电流值通过通信方式传至前端的DC-DC变换器;
(3)在保证电流值一致的前提下,前端的DC-DC变换器根据接收到的电流值来校准DC-DC变换器的电流采样。
在电流采样校正方法的方案的实例中,所述步骤(1)中使得发电系统处于不同的恒流工作状态,并分别进行电流采样。
进一步的,所述步骤(2)中的通信方式为无线方式或电力线载波的方式。
进一步的,所述步骤(3)中前端的DC-DC变换器根据接收到的后端集中变换器在不同恒流工作状态下采集的精确电流值,得到一条校准曲线,DC-DC变换器正常工作时,根据校准曲线给出的采样值和真实值之间的对应关系得到精准的电流采样。
进一步的,在分布式串联光伏并网发电系统中具有若干直流模块组串时,通过步骤(1)至(3)依次单独完成所有直流模块组串的电流采样校正。
由上方案形成的本发明通过在逆变器中配置高精度电流采样器及,利用逆变器的电流采样信号对分布式串联模块中的输出电流采样精度进行校准,提高分布式模块的采样精度,改善新能源发电系统的系统效率,达到提高发电量的目的。
利用本发明在具体实施时,具有以下优点:
(1)无须人工校准,降低人力成本;
(2)分布式模块不需要采样高精度的采样器件,降低成本;
(3)可以在运行过程中实时校准,不受运行时间、老化等因素的影响;
(4)实现发电模块的高精度实时校准和实时监控;
(5)提高MPPT精度,获得更多的能量。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1为本发明所述的新能源发电系统示意图;
图2为新能源发电模块示意图;
图3为具有多个直流模块组串的新能源发电系统示意图;
图4为DC-DC变换器采样的电流值与集中逆变器采样的电流值的对应图。
图5为校准曲线示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体图示,进一步阐述本发明。
参见图1,本发明提供的分布式串联光伏并网发电系统,整个发电系统100包括若干个新能源发电模块101和一个集中变换器102两部分。
其中,如图2所示,本发明中的新能源发电模块101由新能源发电设备101a和DC-DC变换器101b构成,新能源发电设备101a的输出端与DC-DC变换器101b的输入端相连。
新能源发电设备101a具体可以为光伏组件或热电池
在形成发电系统时,所有新能源发电模块101的输出侧依次串联连接形成直流模块组串101′,直流模块组串的输出端形成高压直流母线,然后与集中变换器102的输入端相连。
为了能够精确采用电流值,本发明在集中变换器102中设置有第一电流采样装置102a。该装置用于精确采集直流电流,同时为了保证采集电流值的精确性,该装置可采用电流传感器,这样能够保证采集电流值的精确性。
同时,本发明在每个DC-DC变换器101b上设置有第二电流采样装置101c,该装置用于进行低精度的直流电流采样。在本发明中第二电流采样装置一般采用电阻。
为了能够实现电流采样的校正,本发明中DC-DC变换器101b与集中变换器102之间通信相接,并DC-DC变换器101b获取集中变换器102通过第一电流采样装置采样到的电流值,并以此校准第二电流采样装置的电流采样。
上述发电系统在具体实施时,DC-DC变换器为降压变换器或者升降压变换器。
而集中变换器可以为DC-DC变换器或并网逆变器,由于这两者功能的不同,当集中变换器为DC-DC变换器时,集中变换器的输出端与用电负载或蓄电池相连;当集中变换器为并网逆变器,集中变换器的输出端与电网相连。
在上述方案的基础上,本发明还提另一种新能源发电系统100′,如图3所示,该系统由多个直流模块组串101′和一个集中变换器102′构成,多个直流模块组串101′输出侧并联连接形成高压直流母线,然后再与集中变换器102′的输入端相连。
本发明提供的新能源发电系统在进行电流采样校正的过程如下:
(1)首先发电系统处于不同的恒流工作状态,在每个恒流工作状态下,位于发电系统后端的集中变换器进行高精度的电流采样,同时位于发电系统前端的DC-DC变换器进行低精度的电流采样;
(2)在每个采样周期下(即每个恒流工作状态的持续时间),后端集中变换器把采样到的电流值通过通信方式(具体如无线方式或电力线载波方式)传至前端的DC-DC变换器;
(3)在保证电流值一致的前提下,前端的DC-DC变换器根据接收到的电流值来校准DC-DC变换器的电流采样,具体如下:
前端的DC-DC变换器根据接收到的后端集中变换器在不同恒流工作状态下采集的精确电流值,得到一条校准曲线。通过该校准曲线可以得到采样值和真实值之间的对应关系,因此在DC-DC正常工作时,根据采样值和真实值之间的对应关系得到精准的电流采样。针对发电系统包括多个直流模块组串的情况,进行电流采样校正时,利用上述步骤(1)至(3)依次单独完成所有直流模块组串的电流采样校正。
基于上述电流采样校正的方案,本发明进行分布式串联光伏并网发电系统的电流校准方法分为两类,其具体实施如下:
第一类,当集中变换器的前端只有一个组串时(如图4所示)。
(1)系统进行恒流模式1运行一段时间;
(2)DC-DC变换器和集中逆变器进行电流采样,分别得到DC-DC变换器采样到的电流值Idc1和相同时刻/相同电流条件下,集中逆变器采样到的电流值Iinv1;
(3)通过通信(无线或者电力线载波),集中逆变器把采样到的电流信号通知DC-DC变换器;
(4)系统进行恒流模式2运行一段时间;
(5)DC-DC变换器和集中逆变器进行电流采样,分别得到Idc2和Iinv2;
(6)通过通信(无线或者电力线载波),集中逆变器把采样到的电流信号通知DC-DC变换器;
(7)............;
(8)系统进行恒流模式N运行一段时间;
(9)DC-DC变换器和集中逆变器进行电流采样,分别得到Idcn和Iinvn;
(10)通过通信(无线或者电力线载波),集中逆变器把采样到的电流信号通知DC-DC变换器;
(11)DC-DC变换器利用通信传输过来的正确电流值,得到一条校准曲线(如图5所示);
(12)可以重复多次,以降低离散型。
因此当系统在正常工作时,可以通过校准曲线,和实际采样值,来实时得到正确的电流值,从而提高MPPT精度,提升系统发电量。
第二类,当集中变换器的前端有多组串时。
(1)通过通信控制,只启动其中的一个组串;
(2)系统进行恒流模式1运行一段时间;
(3)DC-DC变换器和集中逆变器进行电流采样,分别得到Idc1和Iinv1;
(4)通过通信(无线或者电力线载波),集中逆变器把采样到的电流信号通知DC-DC变换器;
(5)系统进行恒流模式2运行一段时间;
(6)DC-DC变换器和集中逆变器进行电流采样,分别得到Idc2和Iinv2;
(7)通过通信(无线或者电力线载波),集中逆变器把采样到的电流信号通知DC-DC变换器;
(8)............;
(9)系统进行恒流模式N运行一段时间;
(10)DC-DC变换器和集中逆变器进行电流采样,分别得到Idcn和Iinvn;
(11)通过通信(无线或者电力线载波),集中逆变器把采样到的电流信号通知DC-DC变换器;
(12)DC-DC变换器利用通信传输过来的正确电流值,得到一条校准曲线;
(13)可以重复多次,以降低离散型;
(14)通过通信,只启动其中的另外一个组串,直到完成本组串的校准工作。
(15)............;
(16)直到所有组串的校准工作都完成。
因此当系统在正常工作时,可以通过校准曲线,和实际采样值,来实时得到正确的电流值,从而提高MPPT精度,提升系统发电量。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (13)

1.分布式串联光伏并网发电系统,所述发电系统包括至少一个新能源发电模块和一个集中变换器,其特征在于,所述新能源发电模块由新能源发电设备和DC-DC变换器构成,所述新能源发电设备的输出端与DC-DC变换器的输入端相连,多个新能源发电模块的输出侧串联连接形成直流模块组串,直流模块组串的输出端形成高压直流母线,然后与集中变换器的输入端相连;
其中,所述集中变换器中设置有第一电流采样装置,所述第一电流采样装置进行高精度的电流采样;所述DC-DC变换器上设置有第二电流采样装置,所述第二电流采样装置进行低精度的电流采样,所述DC-DC变换器与集中变换器通信相接,并获取集中变换器通过第一电流采样装置采样到的电流值,并以此校准第二电流采样装置的电流采样。
2.根据权利要求1所述的分布式串联光伏并网发电系统,其特征在于,所述新能源发电设备为光伏组件或热电池。
3.根据权利要求1所述的分布式串联光伏并网发电系统,其特征在于,所述集中变换器为DC-DC变换器,所述集中变换器的输出端与用电负载或蓄电池相连。
4.根据权利要求1所述的分布式串联光伏并网发电系统,其特征在于,所述集中变换器为并网逆变器,所述集中变换器的输出端与电网相连。
5.根据权利要求1所述的分布式串联光伏并网发电系统,其特征在于,所述发电系统包括若干直流模块组串,所述若干直流模块组串输出侧并联连接形成高压直流母线,然后再与集中变换器的输入端相连。
6.根据权利要求1所述的分布式串联光伏并网发电系统,其特征在于,所述DC-DC变换器为降压变换器或者升降压变换器。
7.根据权利要求1所述的分布式串联光伏并网发电系统,其特征在于,所述第二电流采样装置为电阻。
8.根据权利要求1所述的分布式串联光伏并网发电系统,其特征在于,所述第一电流采样装置为电流传感器。
9.分布式串联光伏并网发电系统的电流采样校正方法,其特征在于,所述电流采样校正方法包括如下步骤:
(1)位于发电系统后端的集中变换器进行高精度的电流采样,同时位于发电系统前端的DC-DC变换器进行低精度的电流采样;
(2)后端集中变换器把采样到的电流值通过通信方式传至前端的DC-DC变换器;
(3)在保证电流值一致的前提下,前端的DC-DC变换器根据接收到的电流值来校准DC-DC变换器的电流采样。
10.根据权利要求9所述的分布式串联光伏并网发电系统的电流采样校正方法,其特征在于,所述步骤(1)中使得发电系统处于不同的恒流工作状态,并分别进行电流采样。
11.根据权利要求9所述的分布式串联光伏并网发电系统的电流采样校正方法,其特征在于,所述步骤(2)中的通信方式为无线方式或电力线载波的方式。
12.根据权利要求9所述的分布式串联光伏并网发电系统的电流采样校正方法,其特征在于,所述步骤(3)中前端的DC-DC变换器根据接收到的后端集中变换器在不同恒流工作状态下采集的精确电流值,得到一条校准曲线,DC-DC变换器正常工作时,根据校准曲线给出的采样值和真实值之间的对应关系得到精准的电流采样。
13.根据权利要求9所述的分布式串联光伏并网发电系统的电流采样校正方法,其特征在于,在分布式串联光伏并网发电系统中具有若干直流模块组串时,通过步骤(1)至(3)依次单独完成所有直流模块组串的电流采样校正。
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