CN103840765A - 一种光伏汇流装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种光伏汇流装置，保证电池组串输出最大功率的同时调节来自每一电池组串的输入电压使得光伏汇流装置输出恒定电压。所述光伏汇流装置包括：将多个太阳能电池组串提供的直流并行输出给逆变器的正负汇流母线，以及位于所述每一太阳能电池组串与所述正负汇流母线之间的控制电路；所述控制电路用于对所述太阳能电池组串输出的最大功率值对应的输出电压值进行调节，将所述输出电压值调节至所述逆变器的额定电压值，并将调节后的输出电压值作为控制电路的输出电压值通过所述正负汇流母线输出给所述逆变器。

Description

一种光伏汇流装置
技术领域
本发明涉及光伏发电领域，尤其涉及一种光伏汇流装置。
背景技术
随着光伏可再生能源发电技术的大规模应用，光伏发电系统效率备受关注。近年来，光伏并网发电大规模兴起。
在太阳能光伏发电系统中，太阳能光伏发电系统是依靠逆变器来实现电池组串最大功率输出的。为了减少太阳能光伏电池组串与逆变器之间的连接，简化系统结构，提高发电系统的可靠性和可维护性，在光伏电池组串与逆变器之间设置光伏汇流装置，用于将一定数量的电池组串汇流成一路直流输出给逆变器。即经光伏汇流装置输出的直流母线经过长距离的传送，经配电柜输入到逆变器。
具体地，可以将一定数量、规格相同的光伏电池方阵的输出电缆串联起来，组成若干电池组串，然后再将若干个电池组串并联接入光伏汇流装置，在光伏汇流装置内汇流后，与光伏逆变器配套使用。
并网逆变器的最大功率追踪控制是对多路电池组串汇流后的电压和电流的跟踪，现有技术的光伏汇流装置当检测的输入电压Ui大于逆变器的额定输入电压U0时，控制升压电路中的开关管处于截止状态；当检测到输入电压Ui小于逆变器的额定输入电压U0时，根据检测的输入电压Ui与电流控制升压电路中的开关管以高频方式进行脉冲宽度调制，直至该升压电路的输入电压Ui达到直流输入支路的光伏阵列的最大功率输出所对应的电压。该方法在电池组串输出电压Ui大于逆变器的额定电压U0的情况下，控制升压电路中的开关管处于截止状态，此时光伏汇流装置输出给逆变器的电压不等于逆变器的额定电压。在整个电池组串输出电压的过程中，无法向逆变器输出一个恒定的输出电压。
发明内容
本发明实施例提供一种光伏汇流装置，该光伏汇流装置可以调节来自每一电池组串的输入电压使得光伏汇流装置输出恒定电压，该恒定电压为逆变器的额定电压。
为实现上述目的，本发明实施例提供的光伏汇流装置包括：
将多个太阳能电池组串提供的直流并行输出给逆变器的正负汇流母线，以及位于所述每一太阳能电池组串与所述正负汇流母线之间的控制电路；
所述控制电路用于对所述太阳能电池组串输出的最大功率值对应的输出电压值进行调节，将所述输出电压值调节至所述逆变器的额定电压值，并将调节后的输出电压值作为控制电路的输出电压值通过所述正负汇流母线输出给所述逆变器。
较佳地，所述控制电路至少包括：输出电压值确定模块、驱动模块、和电压调节模块；
所述输出电压值确定模块用于确定所述太阳能电池组串输出最大功率值对应的输出电压值，并将所述最大功率值对应的输出电压值输出给所述驱动模块和电压调节模块；
所述驱动模块用于根据逆变器的额定电压值以及来自输出电压值确定模块的输出电压值确定将所述输出电压值调节至所述逆变器的额定电压值的调节系数，根据所述调节系数驱动所述电压调节模块；
所述电压调节模块用于根据所述调节系数对来自所述输出电压值确定模块的输出电压值进行调节直到所述输出电压值等于所述逆变器的额定电压值为止并输出所述调节后的输出电压值。
较佳地，所述电压调节模块为升降压Buck-Boost电路。
较佳地，所述Buck-Boost电路包括：
开关管，该开关管的栅极与所述驱动模块用于输出所述调节系数的输出端相连，漏极与所述输出电压值确定模块的正极输出端相连，源极通过一个二极管与所述正负汇流母线中的正汇流母线相连；所述二极管的正极与所述开关管的源极相连，负极与所述正汇流母线相连；
电感，连接于所述开关管的源极与所述输出电压值确定模块的负极输出端相连之间；
母线电容，连接于所述正负汇流母线中的正汇流母线和负汇流母线之间。
较佳地，所述调节系数为所述开关管的导通比，所述驱动模块根据如下公式确定所述开关管的导通比；
Figure BDA0000468858720000031
其中，U额为所述逆变器的额定电压值，Ui为所述输出电压值确定模块确定的所述太阳能电池组串输出最大功率值对应的输出电压值，α为所述开关管的导通比；
所述Buck-Boost电路通过所述开关管的导通比控制所述开关管的导通和关断时间，对所述最大功率值对应的输出电压值进行调节。
较佳地，所述控制电路还包括：电流采集模块、电压采集模块和最大功率确定模块；
所述电流采集模块用于采集来自太阳能电池组串的输出电流值；
所述电压采集模块用于采集所述太阳能电池组串的实时输出电压值；
所述最大功率确定模块用于根据所述太阳能电池组串的输出电流值和实时输出电压值的乘积确定太阳能电池组串的实时输出功率值，通过比较不同时刻的实时输出功率值，确定设定时间内的最大输出功率，并控制所述太阳能电池组串按照所述最大输出功率对应的电压值输出。
较佳地，还包括位于所述太阳能电池组串和所述控制电路之间，与所述控制电路串联连接的熔断器。
较佳地，还包括位于所述太阳能电池组串和所述控制电路之间，与所述控制电路串联连接的光伏避雷器。
综上所述，本发明实施例提供一种光伏汇流装置，在每一太阳能电池组串和正负汇流母线之间设置控制电路；所述控制电路用于对所述太阳能电池组串输出的最大功率值对应的输出电压值进行调节，将所述输出电压值调节至所述逆变器的额定电压值，并将调节后的输出电压值作为控制电路的输出电压值通过所述正负汇流母线输出给所述逆变器。实现了在每个直流输入支路输入电压的全范围段实现恒定电压的输出，该输出的恒定电压为逆变器最大效率对应的电压。
附图说明
图1为本发明实施例提供的光伏汇流装置原理图之一；
图2为本发明实施例提供的控制电路结构示意图之一；
图3为本发明实施例提供的Buck-Boost电路结构示意图；
图4为本发明实施例提供的控制电路结构示意图之二；
图5为本发明实施例提供的光伏汇流装置原理图之二。
具体实施方式
本发明实施例提供一种光伏汇流装置，该光伏汇流装置至少可以调节来自每一路太阳能电池组串的最大输出功率对应的输入电压，将所述输出电压调节至逆变器的额定电压并输出给逆变器，逆变器的额定电压为一恒定电压。
光伏汇流装置还对每一路电池组串的最大输出功率进行跟踪，保证每一路电池组串按照最大功率输出，提升光能的利用率。
本发明提供的光伏汇流装置在每一太阳能电池组串和正负汇流母线之间设置控制电路；
以下将结合附图具体说明本发明实施例提供的技术方案。
参见图1，为本发明实施例提供的光伏汇流装置原理图之一，包括：
将多个太阳能电池组串，如图1中的电池组串从上至下分别为电池组串1、电池组串2、......、电池组串N，提供的直流并行输出给逆变器的正负汇流母线（如图1中正汇流母线P_Bus和负汇流母线N_Bus），以及位于所述每一太阳能电池组串与所述正负汇流母线之间的控制电路1，（图1中未体现逆变器）；
控制电路1用于对所述太阳能电池组串输出的最大功率值Pmax对应的输出电压值Ui进行调节，将输出电压值Ui调节至所述逆变器的额定电压值U额，并将调节后的输出电压值作为控制电路的输出电压值Uo通过所述正负汇流母线输出给所述逆变器。
具体地，太阳能电池组串输出的电流值恒定，输出的功率值实时变化，最大功率值对应的电压值最大，当太阳能电池以最大功率值输出电压时，太阳能电池的光能利用率也达到最高，可以实现最大限度对光能的利用。
当太阳能电池组串输出最大功率值对应的电压值时，该电压值与逆变器的最大功率对应的额定电压值不一定相等，因此，需要将太阳能电池组串输出最大功率值对应的电压值调节至逆变器的最大功率对应的额定电压值U额；
太阳能电池组串输出最大功率值对应的电压值可能会大于额定电压值U额或者小于额定电压值U额，本发明实施例提供的控制电路1可以将大于或小于额定电压值U额的输出电压值Ui调节至所述逆变器的额定电压值U额，实现了在每个直流输入支路输入电压的全范围段实现恒定电压的输出。
参见图2，控制电路1至少包括：输出电压值确定模块11、驱动模块12、和电压调节模块13；
输出电压值确定模块11用于确定所述太阳能电池组串输出最大功率值Pmax对应的输出电压值Ui，并将所述最大功率值Pmax对应的输出电压值Ui输出给驱动模块12和电压调节模块13；
驱动模块12用于根据逆变器的额定电压值U额以及来自输出电压值确定模块11的输出电压值Ui，确定将输出电压值Ui调节至所述逆变器的额定电压值的调节系数α，根据所述调节系数α驱动电压调节模块13；
电压调节模块13用于根据所述调节系数α对来自输出电压值确定模块11的输出电压值Ui进行调节直到输出电压值Ui=U额为止并输出所述调节后的输出电压值(即上述控制电路的输出电压值Uo)。
图2所示的电压调节模块3可以为任何能够实现升降压的电路，即升降压Buck-Boost电路。
Buck-Boost电路中，其中一种较佳的实施方式为图3所示的结构。
参见图3，Buck-Boost电路包括：
开关管Q，该开关管Q的栅极与驱动模块12用于输出所述调节系数α的输出端相连，漏极(图3中带箭头的一端)与图2所示的输出电压值确定模块11的正极输出端相连，源极通过一个二极管D与图1所示的正负汇流母线中的正汇流母线相连；所述二极管D的正极与开关管Q的源极相连，负极与图1所示的正汇流母线相连；
电感L，连接于开关管Q的源极与图2所示的输出电压值确定模块11的负极输出端相连之间；
母线电容C，连接于图1所示的正负汇流母线中的正汇流母线和负汇流母线之间。
当电池组串电压高于母线额定电压（即逆变器的额定电压）时，buck-boost电路执行降压功能，即buck电路起作用，具体地，通过控制电路中输入脉冲宽度调制(PWM)波形的占空比使光伏电池组串的输出电压为最大功率对应的电压，使得控制电路输出电压为逆变器的额定电压；当电池组串输出电压低于所述母线额定电压时，buck-boost电路执行升压功能，即boost电路起作用，通过控制输入PWM的占空比使光伏电池组串的输出电压为最大功率对应的输出电压，使得控制电路输出电压为逆变器的额定电压。
基于图3所示的buck-boost电路，所述调节系数为所述开关管的导通比，所述驱动模块根据如下公式（1-1）确定所述开关管的导通比；
Figure BDA0000468858720000071
其中，U额为所述逆变器的额定电压值，Ui为所述输出电压值确定模块确定的所述太阳能电池组串输出最大功率值对应的输出电压值，α为所述开关管的导通比（也称占空比），即一个控制周期内导通时间所占的比例，通过改变导通比α，则输出电压Uo既可以比输入电压Ui高，也可以比输入电压Ui低。当0＜α＜0.5时，Buck-Boost电路起到降压作用，当0.5＜α＜1时，Buck-Boost电路起到升压作用。
所述Buck-Boost电路通过所述开关管的导通比控制所述开关管的导通和关断时间，对所述最大功率值对应的输出电压值进行调节。
参见图4，图2所示的控制电路1还包括：
电流采集模块14、电压采集模块15和最大功率确定模块16；
电流采集模块14用于采集来自太阳能电池组串的输出电流值I；
电压采集模块15用于采集所述太阳能电池组串的实时输出电压值U；
最大功率确定模块16用于根据所述太阳能电池组串的输出电流值I和实时输出电压值U的乘积I*U确定太阳能电池组串的实时输出功率值P，通过比较不同时刻的实时输出功率值P，确定设定时间内的最大输出功率Pmax，并控制所述太阳能电池组串按照所述最大输出功率对应的电压值输出；还用于将确定的最大输出功率Pmax输出给输出电压值确定模块11。
优选地，所述驱动模块可以通过数字信号处理单元（即DSP）实现。
具体实施时，电流采集模块和电压采集模块（即电压电流采样），可以利用电压电流传感器或是电压电流采样电路，来测量光伏电池组串的电压电流信号。
结合上述图1-图4所示的电路，说明本发明实施例提供的光伏汇流装置的工作原理。
步骤1：图4所示电流采集模块14和电压采集模块15分别对太阳能光伏组串的电流和电压进行采集，具体实施时，利用电压电流传感器或是电压电流采样电路，来测量太阳能光伏电池组串的电压电流信号，将采样得到的电压信号和电流信号传递给最大功率确定模块16。
步骤2：最大功率确定模块16根据所述太阳能电池组串的输出电流值I和实时输出电压值U的乘积I*U确定太阳能电池组串的实时输出功率值P，通过比较不同时刻的实时输出功率值P，确定设定时间内的最大输出功率Pmax，并控制所述太阳能电池组串按照所述最大输出功率对应的电压值输出；还用于将确定的最大输出功率Pmax输出给输出电压值确定模块11。
步骤3：电压值确定模块11根据Pmax=UI在I一定的情况下，确定最大功率值对应的输出电压值Ui的值，并将所述最大功率值对应的输出电压值Ui输出给所述驱动模块12和电压调节模块13；
步骤4：所驱动模块12根据
Figure BDA0000468858720000081
确定调节系数α，因为U额和Ui的值确定，α的值确定。根据所述调节系数α驱动所述电压调节模块13；
步骤5:电压调节模块13即Buck-Boost电路中的开关管Q的栅极接收所述调节系数α的值，对开关管Q导通关断时间进行控制，从而得到控制电路的目标输出电压值（即逆变器的额定电压）。
参见图5，本发明实施例提供的光伏汇流装置之二，较佳地，还包括位于所述太阳能电池组串和控制电路1之间，与控制电路1串联连接的熔断器3。
较佳地，还包括位于所述太阳能电池组串和控制电路1之间，与控制电路1串联连接的光伏避雷器4。
本方案所示汇流装置还包括浪涌装置、直流断路器等保护装置，可根据需求加入监控设备，对汇流装置的工作状态进行监控，还包括括通讯单元，其用于将所述每个直流输入支路的光伏电池串列的输出电压和输出电流以及所述光伏汇流装置的输出电压和输出电流传送给监控中心或者上位机。
该方法在光伏电池串列输出电压大于逆变器的额定电压的情况下，进行控制，实现了在输入电压的全范围段实现恒定电压输出，该输出电压为逆变器最大效率对应的电压。同时通过控制开关管的占空比来使直流光伏电池串列输入侧工作在电池板的最大输出电压下。实现了太阳能阵列每个组串的最大功率输出，汇流装置的输出电压恒定。从而达到系统真正意义上的最大功率输出。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种光伏汇流装置，其特征在于，包括：
将多个太阳能电池组串提供的直流并行输出给逆变器的正负汇流母线，以及位于所述每一太阳能电池组串与所述正负汇流母线之间的控制电路；
所述控制电路用于对所述太阳能电池组串输出的最大功率值对应的输出电压值进行调节，将所述输出电压值调节至所述逆变器的额定电压值，并将调节后的输出电压值作为控制电路的输出电压值通过所述正负汇流母线输出给所述逆变器。
2.根据权利要求1所述的光伏汇流装置，其特征在于，所述控制电路至少包括：输出电压值确定模块、驱动模块、和电压调节模块；
所述输出电压值确定模块用于确定所述太阳能电池组串输出最大功率值对应的输出电压值，并将所述最大功率值对应的输出电压值输出给所述驱动模块和电压调节模块；
所述驱动模块用于根据逆变器的额定电压值以及来自输出电压值确定模块的输出电压值确定将所述输出电压值调节至所述逆变器的额定电压值的调节系数，根据所述调节系数驱动所述电压调节模块；
所述电压调节模块用于根据所述调节系数对来自所述输出电压值确定模块的输出电压值进行调节直到所述输出电压值等于所述逆变器的额定电压值为止并输出所述调节后的输出电压值。
3.根据权利要求2所述的光伏汇流装置，其特征在于，所述电压调节模块为升降压Buck-Boost电路。
4.根据权利要求3所述的光伏汇流装置，其特征在于，所述Buck-Boost电路包括：
开关管，该开关管的栅极与所述驱动模块用于输出所述调节系数的输出端相连，漏极与所述输出电压值确定模块的正极输出端相连，源极通过一个二极管与所述正负汇流母线中的正汇流母线相连；所述二极管的正极与所述开关管的源极相连，负极与所述正汇流母线相连；
电感，连接于所述开关管的源极与所述输出电压值确定模块的负极输出端相连之间；
母线电容，连接于所述正负汇流母线中的正汇流母线和负汇流母线之间。
5.根据权利要求4所述的光伏汇流装置，其特征在于，所述调节系数为所述开关管的导通比，所述驱动模块根据如下公式确定所述开关管的导通比；
其中，U额为所述逆变器的额定电压值，Ui为所述输出电压值确定模块确定的所述太阳能电池组串输出最大功率值对应的输出电压值，α为所述开关管的导通比；
所述Buck-Boost电路通过所述开关管的导通比控制所述开关管的导通和关断时间，对所述最大功率值对应的输出电压值进行调节。
6.根据权利要求2所述的光伏汇流装置，其特征在于，所述控制电路还包括：电流采集模块、电压采集模块和最大功率确定模块；
所述电流采集模块用于采集来自太阳能电池组串的输出电流值；
所述电压采集模块用于采集所述太阳能电池组串的实时输出电压值；
所述最大功率确定模块用于根据所述太阳能电池组串的输出电流值和实时输出电压值的乘积确定太阳能电池组串的实时输出功率值，通过比较不同时刻的实时输出功率值，确定设定时间内的最大输出功率，并控制所述太阳能电池组串按照所述最大输出功率对应的电压值输出，还用于将确定的最大输出功率值输出给所述输出电压值确定模块。
7.根据权利要求1所述的光伏汇流装置，其特征在于，还包括位于所述太阳能电池组串和所述控制电路之间，与所述控制电路串联连接的熔断器。
8.根据权利要求1所述的光伏汇流装置，其特征在于，还包括位于所述太阳能电池组串和所述控制电路之间，与所述控制电路串联连接的光伏避雷器。
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