CN104377827B - 一种光伏直流电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏直流电源，包括多个单元模块及通讯单元、控制单元，所有的单元模块均与控制单元和通讯单元相连，每个单元模块均包括输入汇集单元、数据采集单元、升压单元及故障隔离单元，所述输入汇集单元与光伏组件相连，所述数据采集单元用来采集电压和电流状态信号，所述升压单元用来进行交错斩波并工作于MPPT模式，所述故障隔离单元用来接收控制单元下达的指令进行断开与闭合。本发明具有可支持光伏阵列的多路MPPT控制、具备光伏组件汇流功能等优点。

Description

一种光伏直流电源

技术领域

本发明主要涉及到光伏发电技术领域，特指一种适用于光伏发电系统的光伏直流电源。

背景技术

在正常工作情况下，光伏电池的U-I和P-I特性曲线随辐照度和温度变化且呈现出典型的非线性特性。由于单个光伏组件输出电压电流低，工程中将组件串并连接后再进行电能变换，云层或其他物体对电池板的遮挡、组件温度和布局方位的不一致等诸多因素会导致光伏组串的功率失配，多路MPPT是解决这一问题的通用手段。

目前，传统解决光伏阵列多路MPPT(MPPT为最大功率点跟踪技术：maximum powerpoint tracking，令分布式发电系统保持在其最大功率输出状态)的方式之一是使用组串式逆变器代替传统的汇流箱和集中式逆变器；其内部含升压模块和逆变模块。它的缺点就在于：成本较高，单机功率小，输出交流的并联结构使接线复杂化，多级并联的电网适应能力较差。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种可支持光伏阵列的多路MPPT控制、具备光伏组件汇流功能的光伏直流电源。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种光伏直流电源，包括多个单元模块及通讯单元、控制单元，所有的单元模块均与控制单元和通讯单元相连，每个单元模块均包括输入汇集单元、数据采集单元、升压单元及故障隔离单元，所述输入汇集单元与光伏组件相连，所述数据采集单元用来采集电压和电流状态信号，所述升压单元用来进行交错斩波并工作于MPPT模式，所述故障隔离单元用来接收控制单元下达的指令进行断开与闭合。

作为本发明的进一步改进：所述输入汇集单元包括两个以上与光伏组件相连的输入路，每个输入路均串联有熔断器。

作为本发明的进一步改进：所述故障隔离单元包括一个直流断路器。

作为本发明的进一步改进：所述升压单元包括一个输入电容、两个带反向二极管的IGBT模块、两个电感、两个主回路二极管、一个输出电容和两个旁路二极管。

作为本发明的进一步改进：当所述数据采集单元检测到输入电压高于输出电压，所述升压单元中的升压斩波电路不工作，电流由旁路二极管通过；当输入电压低于输出电压，所述升压单元的升压斩波电路工作，所述旁路二极管关断，两路升压斩波电路根据MPPT的要求进行交错斩波输出。

作为本发明的进一步改进：所述控制单元与升压单元之间设有驱动电路，用来直接接收控制单元的指令然后驱动升压斩波电路。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的光伏直流电源，可应用于集中式逆变器的使用场合，该装置采用模块化设计，具备光伏汇流功能。本发明可同时实现多路输入的MPPT；当某一路输入光伏组件出现故障，装置可智能隔离并上传报警信号而使其他正常支路继续运行；当负载较小时可在保持MPPT数量不变的情况下使部分支路智能休眠，从而降低损耗。

2、本发明的光伏直流电源，具备光伏汇流和多路MPPT功能，能实现输入支路的故障隔离报警和智能休眠，提高系统的可靠性和发电量。

附图说明

图1是本发明的结构框架示意图。

图2是本发明在具体应用实例中的结构原理示意图。

图3是本发明在具体应用实例中升压单元的结构原理示意图。

图4是本发明在具体应用实例中的工作原理示意图。

图例说明：

101、输入汇集单元；102、数据采集单元；103、通讯单元；104、升压单元；105、故障隔离单元；106、控制单元；207、驱动电路；301、输入电容；302、IGBT模块；303、电感；304、主回路二极管；305、输出电容；306、旁路二极管。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明的光伏直流电源，采用模块化设计，其包括多个单元模块及通讯单元103、控制单元106，所有的单元模块均与控制单元106和通讯单元103相连，每个单元模块均包括输入汇集单元101、数据采集单元102、升压单元104及故障隔离单元105。

如图2所示，单元模块中的输入汇集单元101包括两个以上与光伏组件相连的输入支路，每个输入支路均串联有熔断器，即熔断器的数量与输入支路的数量对应。数据采集单元102包括电压传感器和电流传感器，用来采集单元模块的电压和电流。升压单元104由两个升压斩波电路(boost电路)和两个带二极管旁路并联而成，可以交错斩波并工作于MPPT模式。故障隔离单元105包括一个直流断路器，可接收控制单元106下达的指令进行断开与闭合。

本实施例中，通讯单元103为多个单元模块所共用，接收单元模块的数据信息并上传监控。在具体应用时，通讯单元103的通讯方式可以是RS485、以太网等有线，也可以是wifi、GPRS等无线方式。控制单元106同样为多个单元模块所共用，用于数据处理并向升压单元104和故障隔离单元105下达指令。

本实施例中，在控制单元106与升压单元104之间还包括驱动电路207，用来直接接收控制单元106的指令然后驱动升压斩波电路(boost电路)。

如图3所示，本实施例中，升压单元104的输入正极与输入汇集单元101的输出正极相连，输入负极与输入汇集单元101的输出负极相连。升压单元104包括一个输入电容301、两个IGBT模块302(带反向二极管)、两个电感303、两个主回路二极管304、一个输出电容305和两个旁路二极管306。其中，输入正负极之间接有输入电容301用于稳定输入电压和实现能量传递；输出正负极之间接有输出电容305用于稳定输出电压和滤波；电感303分别和主回路二极管304串联后再与旁路二极管306并联，IGBT模块302的C极分别与主回路二极管304的阳极相连，IGBT模块302的E极分别与主回路负极相连。这样就构成了带双旁路二极管的双并联boost电路。

如图4所示，本发明的光伏直流电源的工作原理为：由于采用模块化设计，故在此只介绍单单元模块的工作原理。参见图2，多路光伏组件由输入汇集单元101汇集，利用熔断器使其具备过流和短路保护。经输入汇集单元101汇集后，通过数据采集单元102的电压电流传感器采集电压电流并送至控制单元106中进行处理。若电压电流出现异常，控制单元106将控制故障隔离单元105中的开关断开连接并通过通讯单元103将故障信息上传至监控系统，这样就不会引起逆变器因保护停机，且其他正常模块可继续工作，也方便维护人员对故障位置的定位。

参见图3，当输入电压高于输出电压，升压单元104中的boost电路不工作，而电流由旁路二极管306通过。当输入电压低于输出电压，升压单元104的boost电路工作，而旁路二极管306关断，两路boost电路根据MPPT的要求进行交错斩波输出。此时，若输入功率较小(例如：小于A值)，控制单元106将使两路boost电路休眠其中一路以便降低损耗，所述A值由不同功率等级下分别启用一路boost和两路boost时的效率测试分析确定。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种光伏直流电源，其特征在于，包括多个单元模块及通讯单元（103）、控制单元（106），所有的单元模块均与控制单元（106）和通讯单元（103）相连，每个单元模块均包括输入汇集单元（101）、数据采集单元（102）、升压单元（104）及故障隔离单元（105），所述输入汇集单元（101）与光伏组件相连，所述数据采集单元（102）用来采集电压和电流状态信号，所述升压单元（104）用来进行交错斩波并工作于MPPT模式，所述故障隔离单元（105）用来接收控制单元（106）下达的指令进行断开与闭合；所述升压单元（104）包括一个输入电容（301）、两个带反向二极管的IGBT模块（302）、两个电感（303）、两个主回路二极管（304）、一个输出电容（305）和两个旁路二极管（306）；当所述数据采集单元（102）检测到输入电压高于输出电压，所述升压单元（104）中的升压斩波电路不工作，电流由旁路二极管（306）通过；当输入电压低于输出电压，所述升压单元（104）的升压斩波电路工作，所述旁路二极管（306）关断，两路升压斩波电路根据MPPT的要求进行交错斩波输出。

2.根据权利要求1所述的光伏直流电源，其特征在于，所述输入汇集单元（101）包括两个以上与光伏组件相连的输入路，每个输入路均串联有熔断器。

3.根据权利要求1所述的光伏直流电源，其特征在于，所述故障隔离单元（105）包括一个直流断路器。

4.根据权利要求1所述的光伏直流电源，其特征在于，所述控制单元（106）与升压单元（104）之间设有驱动电路（207），用来直接接收控制单元（106）的指令然后驱动升压斩波电路。