CN104393833A - 一种光伏智能电源 - Google Patents

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王南
赵香桂
刘昭翼
李少龙
张蓉
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Abstract

本发明公开了一种光伏智能电源，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、电弧隔离单元及防PID单元，输入汇集单元与光伏组件相连，数据采集单元用来采集电压和电流状态信号，升压单元用来进行交错斩波并工作于MPPT模式，电弧隔离单元用来接收控制单元下达的指令进行断开与闭合；防PID单元用来接收控制单元下达的指令以形成适当的直流电压加于电池板负极和地之间。本发明可支持MPPT控制、能有效检测电弧并启动保护、能保证逆变器的正常运行，且提高发电系统可靠性。

Description

一种光伏智能电源
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智能电源。
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，工程中将多个光伏组件串并连接后再进行电能变换。此时，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，MPPT控制方式(最大功率点跟踪：maximum power pointtracking，即令分布式发电系统保持在其最大功率输出状态)是解决这一问题的通用手段。
目前，传统解决电站级光伏阵列宽输入范围内的MPPT方式是使用组串型逆变器，组串型逆变器内部含升压模块和逆变模块。这种方式和结构的缺点是：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。同时，在目前的光伏电站中，还进一步逐步重视直流电弧的保护和光伏阵列PID效应(电势诱发衰减：potentialinduced degradation，即组件和边框之间的偏压而引起电池的衰减现象)的抑制，其缺点是要实现这些功能必须额外增加相应单独的装置，成本较高。
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MPPT控制、能有效检测电弧并启动保护、能保证逆变器的正常运行、提高发电系统可靠性的光伏智能电源。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种光伏智能电源，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、电弧隔离单元及防PID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，所述电弧隔离单元用来接收控制单元下达的指令进行断开与闭合；所述防PID单元用来接收控制单元下达的指令以形成适当的直流电压加于电池板负极和地之间。
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支路，每个输入支路均串联有熔断器。
作为本发明的进一步改进：所述电弧隔离单元包括一个直流断路器。
作为本发明的进一步改进：所述防PID单元由一个DC/DC或AC/DC单元组成，所述防PID单元由防PID电源提供能量。
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第一驱动电路，用来直接接收控制单元的指令然后驱动升压斩波电路。
作为本发明的进一步改进：所述控制单元与防PID单元之间设有第二驱动电路，用来直接接收控制单元的指令然后驱动防PID单元。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明的光伏智能电源，可应用于光伏电站直流系统，有效拓宽集中型逆变器的输入电压范围和MPPT范围，更充分地利用太阳能资源，同时具备直流侧电弧检测和抑制光伏组件PID效应的功能。
2、本发明的光伏智能电源，可为集中式逆变器的发电系统增加MPPT数量，拓宽发电系统的直流电压范围和MPPT范围；有效检测电弧并启动保护，保证了逆变器的正常运行，提高了发电系统可靠性；本发明的光伏智能电源，集成了光伏组件PID效应抑制功能，降低光伏电池板的衰减，从而提高光伏发电系统的发电效率。
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防PID单元的结构原理示意图。
图5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、电弧隔离单元；106、控制单元；107、防PID单元；207、第一驱动电路；208、第二驱动电路；210、防PID电源；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；401、第一防PID单元输入端子；402、第二防PID单元输入端子；403、第三防PID单元输入端子；404、主电路；405、第一输出端子；406、第二输出端子。
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，本发明的光伏智能电源，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、电弧隔离单元105及防PID单元107。
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路的数量对应。数据采集单元102包括直流电压传感器、直流电流传感器、交流电流传感器，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。电弧隔离单元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。防PID单元107由一个DC/DC或AC/DC单元组成，用于形成适当的直流电压加于电池板负极和地之间，防PID单元107由一防PID电源210提供能量。该防PID电源210既包括直流，也包括交流，既包括蓄电池，也包括外部电网。
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和电弧隔离单元105下达指令，且与通讯单元103保持通讯。
本实施例中，在控制单元106与升压单元104之间还包括第一驱动电路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)。在控制单元106与防PID单元107之间设置有第二驱动电路208，用来接收控制单元106的指令然后驱动防PID单元107进行PWM控制。
如图3所示，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，两IGBT模块302分别与电感303、主回路二极管304构成T型电路，IGBT模块302的源极分别与主回路二极管304的阳极相连，IGBT模块302的漏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，防PID单元107的主电路404采用DC/DC或AC/DC隔离变换单元组成。其中输入端子包括第一防PID单元输入端子401、第二防PID单元输入端子402、第三防PID单元输入端子403，若防PID电源210为三相交流电，则第一防PID单元输入端子401与防PID电源210的A相连接，第二防PID单元输入端子402与防PID电源210的B相连接，第三防PID单元输入端子403与防PID电源210的C相连接。若防PID电源210为单相交流电，则主电路404只具备第一防PID单元输入端子401和第二防PID单元输入端子402，分别与防PID电源210的两个输出端连接。若防PID电源210为直流电，则主电路404只具备第一防PID单元输入端子401和第二防PID单元输入端子402，第一防PID单元输入端子401与防PID电源210正极连接，第二防PID单元输入端子402与防PID电源210的负极连接。根据防PID电源210类别的不同，主电路404采用隔离型DC/DC或AC/DC电路。第一输出端子405与光伏组件的负极连接，第二输出端子406与大地连接。
如图5所示，本发明的光伏智能电源的工作原理为：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的直流电压传感器、直流电流传感器和交流电流传感器采集相关信号并送控制单元106中进行处理，其中直流电压和直流电流信号共同用来进行MPPT控制，直流电流和交流电流信号共同用来检测直流侧是否具备电弧特征。若有直流拉弧出现，则控制单元106通过通讯单元103上报至监控系统，同时向电弧隔离单元105发送信号开关断开，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，升压装置的boost电路工作，而旁路二极管306自然关断，控制单元106根据MPPT的要求对两路boost电路进行交错斩波输出。根据数据采集单元102检测的直流电压，控制单元106形成指令送至防PID单元107中的DC/DC或AC/DC变换的第二驱动电路208，生成相应的直流电压加于直流负极与大地之间，补偿负极与大地间的负压差，防PID电源210为防PID单元107提供能量，从而有效抑制组件PID效应。
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 (8)

1.一种光伏智能电源，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)、电弧隔离单元(105)及防PID单元(107)，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，所述电弧隔离单元(105)用来接收控制单元(106)下达的指令进行断开与闭合；所述防PID单元(107)用来接收控制单元(106)下达的指令以形成适当的直流电压加于电池板负极和地之间。
2.根据权利要求1所述的光伏智能电源，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所述的光伏智能电源，其特征在于，所述电弧隔离单元(105)包括一个直流断路器。
4.根据权利要求1所述的光伏智能电源，其特征在于，所述防PID单元(107)由一个DC/DC或AC/DC单元组成，所述防PID单元(107)由一防PID电源(210)提供能量。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的光伏智能电源，其特征在于，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)。
6.根据权利要求5所述的光伏智能电源，其特征在于，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。
7.根据权利要求6所述的光伏智能电源，其特征在于，所述控制单元(106)与升压单元(104)之间设有第一驱动电路(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。
8.根据权利要求6所述的光伏智能电源，其特征在于，所述控制单元(106)与防PID单元(107)之间设有第二驱动电路(208)，用来直接接收控制单元(106)的指令然后驱动防PID单元(107)。
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