CN104242349A - 防电势诱导衰减的光伏系统和光伏逆变器 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种防电势诱导衰减的光伏系统和光伏逆变器，其中，该光伏系统包括：光伏阵列；直流侧与所述光伏阵列相连、交流侧与电网相连的光伏逆变器；以及连接在所述光伏阵列和所述光伏逆变器之间的负极隔离装置，用于将所述光伏逆变器的直流母线负极与所述光伏阵列的负极隔离开，以防止或削弱系统中的PID效应。

Description

防电势诱导衰减的光伏系统和光伏逆变器
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，更具体地说，涉及一种防电势诱导衰减的光伏系统和光伏逆变器。
背景技术
PID(potential Induced Degradation，电势诱导衰减)效应，是指光伏电池在特定对地电压下，由于电势诱导而表现出的输出特性大幅衰减的现象。如何防止或削弱光伏系统中的PID效应，成为光伏行业亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种防电势诱导衰减的光伏系统和光伏逆变器，以防止或削弱光伏系统中的PID效应。
一种防电势诱导衰减的光伏系统，包括：
光伏阵列；
直流侧与所述光伏阵列相连、交流侧与电网相连的光伏逆变器；
以及连接在所述光伏阵列和所述光伏逆变器之间的负极隔离装置，用于将所述光伏逆变器的直流母线负极与所述光伏阵列的负极隔离开。
其中，所述负极隔离装置为开关器件，其中：所述开关器件的一端接所述光伏阵列的负极，其另一端接所述光伏逆变器的直流母线负极。
其中，所述负极隔离装置为二极管，其中：所述二极管的阴极接所述光伏阵列的负极，其阳极接所述光伏逆变器的直流母线负极。
其中，所述负极隔离装置为Buck电路，该Buck电路包括电感、开关管和二极管，其中：
所述二极管的阳极经所述开关管接所述光伏阵列的负极，同时经所述电感接所述光伏逆变器的直流母线负极，其阴极接所述光伏阵列的正极。
其中，所述负极隔离装置为Boost电路，该Boost电路包括电感、开关管和二极管，其中：
所述二极管的阴极经所述电感接所述光伏阵列的负极，并经过所述开关管接所述光伏阵列的正极，其阳极接所述光伏逆变器的直流母线负极。
可选地，所述防PID的光伏系统还包括：连接在所述光伏逆变器和所述电网之间的交流隔离装置；
以及连接在所述光伏逆变器的直流母线上的电位限定装置，用于使所述光伏逆变器的直流母线负极产生一个相对于大地的正电位。
其中，所述电位限定装置为电阻、二极管、稳压管和熔丝中的一种或任意几种的组合。
其中，所述电位限定装置为电压源，其中：所述电压源的负极接地，其正极接所述光伏逆变器的直流母线负极、直流母线正极或直流母线中点。
一种光伏逆变器，包括光伏逆变器本体，以及连接在光伏阵列和所述光伏逆变器本体之间的负极隔离装置，其中：所述负极隔离装置用于将所述光伏阵列的负极与所述光伏逆变器本体的直流母线负极隔离开。
可选地，所述光伏逆变器还包括：连接在所述光伏逆变器本体的直流母线上的电位限定装置，用于使所述光伏逆变器本体的直流母线负极产生一个相对于大地的正电位。
从上述的技术方案可以看出，在常规的光伏系统中，光伏逆变器的直流母线负极Bus－与光伏阵列的负极PV－在电气上是连接在一起的，因此两者具有相等的电位，而本发明将PV－与Bus－隔离开，由于PV－与Bus－隔离开后光伏逆变器的直流母线中点基本与大地等电位，且光伏阵列要实现防止或削弱PID效应就必须满足PV－对地正偏压，因此通过令光伏逆变器的直流母线中点电位低于PV－，就可以使PV－超过大地电位，从而达到防止或削弱PID效应的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一公开的一种防PID的光伏系统结构示意图；
图2为示例1公开的一种应用在图1所述光伏系统中的负极隔离装置结构示意图；
图3为示例2公开的一种应用在图1所述光伏系统中的负极隔离装置结构示意图；
图4为示例3公开的一种应用在图1所述光伏系统中的负极隔离装置结构示意图；
图5为示例4公开的一种应用在图1所述光伏系统中的负极隔离装置结构示意图；
图6为本发明实施例二公开的一种防PID的光伏系统结构示意图；
图7为示例5公开的一种应用在图6所述光伏系统中的电位限定装置结构示意图；
图8a为示例6公开的一种应用在图6所述光伏系统中的电位限定装置结构示意图；
图8b为示例6公开的又一种应用在图6所述光伏系统中的电位限定装置结构示意图；
图8c为示例6公开的又一种应用在图6所述光伏系统中的电位限定装置结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
参见图1，本发明实施例公开了一种防PID的光伏系统，以防止或削弱光伏系统中的PID效应，包括：
光伏阵列10，其中，光伏阵列10由一定数量的光伏电池串、并联组装而成，其包括的光伏电池的数量由实际用电需求决定，并不局限；
直流侧与光伏阵列10相连、交流侧与电网相连的光伏逆变器20；
以及连接在光伏阵列10和光伏逆变器20之间的负极隔离装置30，用于将光伏阵列10的负极与光伏逆变器30的直流母线负极隔离开。
为了便于下文的描述，用PV－表示光伏阵列10的负极及其参数，用PV+表示光伏阵列10的正极及其参数，用Bus－表示光伏逆变器20的直流母线负极及其参数，用Bus+表示光伏逆变器20的直流母线正极及其参数，用Bus0表示光伏逆变器20的直流母线中点及其参数，用VPV表示光伏阵列10两端电压，用VBus表示光伏逆变器20的直流母线电压。
光伏阵列10的最低电位是PV－，光伏逆变器20的直流母线上的最低电压是Bus－(直流母线是光伏逆变器中的逆变单元的电源进线，所述直流母线上有支撑电容)，在常规的光伏系统中，PV－与Bus－在电气上是连接在一起的，因此两者具有相等的电位，而本实施例利用负极隔离装置30将PV－与Bus－隔离开，得到了一种新的系统结构，此时：由于PV－与Bus－隔离后，光伏逆变器20的直流侧不接地，而对于直流侧不接地的光伏逆变器20来说，Bus0基本与大地等电位；又由于光伏阵列10的生产工艺决定了要实现防止或削弱PID效应，就必须满足PV－对地正偏压；结合这两点可知，只需令Bus0＜PV－，就可以使PV－超过大地电位，从而达到防止或削弱PID效应的目的。
其中，关于Bus0＜PV－的实现方法，分析如下：已知通过控制光伏逆变器20的运行可改变直流母线电压VBus的大小，那么为实现Bus0＜PV－，就需要令VBus＞2*VPV(当VBus＞2*VPV时，必然存在Bus+－Bus0＞PV+－PV－，而当Bus+－Bus0＞PV+－PV－时，就必然存在Bus0＜PV－)。
由于负极隔离装置30会将光伏阵列10与光伏逆变器20隔离开，为避免白天光照充足时光伏能源白白浪费，所述防PID的光伏系统更适于工作在光伏阵列10输出电压较低的时段，例如早晨光照较弱或夜间待机时段；当光照增强时，仅需利用现有的技术手段使负极隔离装置30退出工作即可。具体的，负极隔离装置30可采用多种拓扑结构实现，如示例1～示例5。
示例1：
参见图2，负极隔离装置30为开关器件K，其中：开关器件K的一端接PV－，其另一端接Bus－。
此时，只需控制光伏逆变器20使VBus＞2VPV，就可令PV－超过大地电位。
示例2：
参见图3，负极隔离装置30为二极管VD，其中：二极管VD的阴极接PV－，其阳极接Bus－。
同样的，只需控制光伏逆变器20使VBus＞2VPV，就可令PV－超过大地电位。
示例3：
参见图4，负极隔离装置30为Buck电路，该Buck电路包括电感L、开关管Q和二极管VD，其中：二极管VD的阳极经开关管Q接PV－，并经电感L接Bus－，其阴极接PV+。
同示例1原理一致，只需控制开关管Q断开，并控制光伏逆变器20使VBus＞2VPV，就可令PV－超过大地电位。
示例4：
参见图5，负极隔离装置30可以是Boost电路，该Boost电路包括电感L、开关管Q和二极管VD，其中：二极管VD的阴极经电感L接PV－，并经过开关管Q接PV+，其阳极接Bus－。
所述Boost电路的输入电压VPV始终低于输出电压VBus，此时只需调节VPV(或VBus)的参数大小使VBus＞2VPV，即可令PV－超过大地电位。
其中需要说明的是，对于多级式光伏逆变器来说，直流变换器(如上述Buck电路和Boost电路)属于逆变单元的前级电路，是所述多级式光伏逆变器本身就有的模块，因此当光伏逆变器20为多级式光伏逆变器时，若以示例3-4中的直流变换器作为负极隔离装置的话，则根本无须再引入新的电子器件，不会增加成本。当光照充足时，所述直流变换器直接恢复其正常工作即可。
实施例二：
参见图6，本发明实施例二公开了又一种防PID的光伏系统，以防止或削弱光伏系统中的PID效应，包括：
光伏阵列10；交流隔离装置40；
直流侧与光伏阵列10相连、交流侧通过交流隔离装置40接入电网的光伏逆变器20；
连接在光伏阵列10和光伏逆变器20之间的负极隔离装置30，用于将光伏阵列10的负极与光伏逆变器20的直流母线负极隔离开；
以及连接在光伏逆变器20的直流母线上的电位限定装置50，用于使光伏逆变器20的直流母线负极产生一个相对于大地的正电位。
为了防止直流串入电网，减少谐波对电网的影响，本实施例二在光伏逆变器20与电网之间引入了交流隔离装置40，以实现直流与交流电网的电气隔离；同时，本实施例二还引入了电位限定装置50，用于将Bus－限定为一个相对地的正电位，以实现光伏逆变器20的直流接地保护。
其中，负极隔离装置30可以采用实施例一公开的任一种拓扑结构。交流隔离装置40可采用现有的隔离变压器。电位限定装置50的拓扑结构较多，如示例5～示例6。
示例5：
电位限定装置50可以是电阻、二极管、稳压管和熔丝中的一种或任意几种的组合。如图7所示，电位限定装置50包括电阻R和二极管VD，其中：二极管VD的阴极接Bus－，其阳极经电阻R接地。此时，Bus－相对于大地的电位被限定为二极管VD两端压降与电阻R两端压降之和。
示例6：
电位限定装置50也可以采用电压源实现，具体的：该电压源E的负极接地，其正极接Bus－(如图8a所示)、Bus+(如图8b所示)或Bus0(如图8c所示)。
其中，当电压源E的正极接Bus－时，Bus－相对于大地的电位被限定为电压源E的输出电压；当电压源E的正极接Bus+时，Bus－相对于大地的电位被限定为电压源E的输出电压与VBus之差；当电压源E的正极接Bus0时，Bus－相对于大地的电位被限定为电压源E的输出电压与VBus/2之差。
此外，本发明实施例还公开了一种光伏逆变器，它包括光伏逆变器本体，以及连接在光伏阵列和所述光伏逆变器本体之间的负极隔离装置，其中：所述负极隔离装置用于将所述光伏阵列的负极与所述光伏逆变器本体的直流母线负极隔离开。该光伏逆变器适于应用在交流侧与电网不存在电气隔离的非隔离型光伏系统中，其中所述负极隔离装置可选用实施例一公开的任一种负极隔离装置。
作为优选，所述光伏逆变器还包括：连接在所述光伏逆变器本体的直流母线上的电位限定装置，用于使所述光伏逆变器本体的直流母线负极产生一个相对于大地的正电位。该光伏逆变器适于应用在交流侧与电网存在电气隔离的隔离型光伏系统中，其中所述电位限定装置可选用实施例二公开的任一种电位限定装置。
综上所述，在常规的光伏系统中，光伏逆变器的直流母线负极Bus－与光伏阵列的负极PV－在电气上是连接在一起的，因此两者具有相等的电位，而本发明将PV－与Bus－隔离开，由于PV－与Bus－隔离开后光伏逆变器的直流母线中点基本与大地等电位，且光伏阵列要实现防止或削弱PID效应就必须满足PV－对地正偏压，因此通过令光伏逆变器的直流母线中点电位低于PV－，就可以使PV－超过大地电位，从而达到防止或削弱PID效应的目的。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种防电势诱导衰减的光伏系统，其特征在于，包括：
光伏阵列；
直流侧与所述光伏阵列相连、交流侧与电网相连的光伏逆变器；
以及连接在所述光伏阵列和所述光伏逆变器之间的负极隔离装置，用于将所述光伏逆变器的直流母线负极与所述光伏阵列的负极隔离开。
2.根据权利要求1所述的光伏系统，其特征在于，所述负极隔离装置为开关器件，其中：所述开关器件的一端接所述光伏阵列的负极，其另一端接所述光伏逆变器的直流母线负极。
3.根据权利要求1所述的光伏系统，其特征在于，所述负极隔离装置为二极管，其中：所述二极管的阴极接所述光伏阵列的负极，其阳极接所述光伏逆变器的直流母线负极。
4.根据权利要求1所述的光伏系统，其特征在于，所述负极隔离装置为Buck电路，该Buck电路包括电感、开关管和二极管，其中：
所述二极管的阳极经所述开关管接所述光伏阵列的负极，同时经所述电感接所述光伏逆变器的直流母线负极，其阴极接所述光伏阵列的正极。
5.根据权利要求1所述的光伏系统，其特征在于，所述负极隔离装置为Boost电路，该Boost电路包括电感、开关管和二极管，其中：
所述二极管的阴极经所述电感接所述光伏阵列的负极，并经过所述开关管接所述光伏阵列的正极，其阳极接所述光伏逆变器的直流母线负极。
6.根据权利要求1所述的光伏系统，其特征在于，所述光伏系统还包括：连接在所述光伏逆变器和所述电网之间的交流隔离装置；
以及连接在所述光伏逆变器的直流母线上的电位限定装置，用于使所述光伏逆变器的直流母线负极产生一个相对于大地的正电位。
7.根据权利要求6所述的光伏系统，其特征在于，所述电位限定装置为电阻、二极管、稳压管和熔丝中的一种或任意几种的组合。
8.根据权利要求6所述的光伏系统，其特征在于，所述电位限定装置为电压源，其中：所述电压源的负极接地，其正极接所述光伏逆变器的直流母线负极、直流母线正极或直流母线中点。
9.一种光伏逆变器，其特征在于，包括光伏逆变器本体，以及连接在光伏阵列和所述光伏逆变器本体之间的负极隔离装置，其中：所述负极隔离装置用于将所述光伏阵列的负极与所述光伏逆变器本体的直流母线负极隔离开。
10.根据权利要求9所述的光伏逆变器，其特征在于，还包括：连接在所述光伏逆变器本体的直流母线上的电位限定装置，用于使所述光伏逆变器本体的直流母线负极产生一个相对于大地的正电位。
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