CN105356445A

CN105356445A - 用于光伏发电系统的pid效应抑制装置及光伏发电系统

Info

Publication number: CN105356445A
Application number: CN201510964093.4A
Authority: CN
Inventors: 张立; 王剑国; 王峰
Original assignee: Changshu Switchgear Manufacturing Co Ltd
Current assignee: State Grid, Jiangsu electric power company, Changshou City power supply company; Changshu Switchgear Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2015-12-21
Filing date: 2015-12-21
Publication date: 2016-02-24
Anticipated expiration: 2035-12-21
Also published as: CN105356445B

Abstract

本发明公开了一种用于光伏发电系统的PID效应抑制装置。该PID效应抑制装置包括储能装置，以及分别用于该储能装置充、放电的充电电路、放电电路；所述放电电路的正输出端与光伏发电系统中光伏组件的负极连接，放电电路的负输出端接地；所述充电电路的正、负输入端分别与光伏发电系统中的正、负直流母线连接；所述PID效应抑制装置还包括可依据直流母线电压对充电电路和放电电路的通断进行控制的联锁开关装置，当直流母线电压大于等于预设值时，所述联锁开关装置可使充电电路导通，放电电路断开；反之则使充电电路断开，放电电路导通。本发明还公开了一种光伏发电系统。本发明对PID效应的抑制效果更好，且安全可靠性更高，电路结构更简单，实现成本更低。

Description

用于光伏发电系统的PID效应抑制装置及光伏发电系统

技术领域

本发明涉及光伏发电系统，尤其涉及一种用于光伏发电系统的PID（PotentialInducedDegradation，电势诱导衰减）效应抑制装置。

背景技术

随着光伏行业的不断发展，光伏电站的应用地从荒无人烟的戈壁大漠到阳光灿烂的内陆、沿海城市，应用环境的不同造成了光伏电站的发电效率的差异性。组件的PID效应作为影响电站发电量的重要因素之一，受到了业界的广泛关注。PID效应（PotentialInducedDegradation）又称电势诱导衰减，是电池组件的封装材料和其上表面及下表面的材料，电池片与其接地金属边框之间的高电压作用下出现离子迁移，而造成组件性能衰减的现象,严重影响了光伏电站的发电效率，直接对电站投资收益造成严重损失，如何有效治理PID效应引起的损失就很有必要了。现有的光伏系统PID解决方案之一为从光伏组件的源头解决，即可以使用高性能的封装材料，比如提高EVA胶膜的绝缘性能和阻隔性，但方法需要更换光伏系统的组件，其成本高，且不适用于现有的光伏系统。鉴于成本考虑，目前此种高性能绝缘封装材料的光伏组件的使用并不普及。

第二种解决方案为隔离光伏系统中使用光伏电池阵列PV负母线接地的方法，来避免PID现象的发生。安全考虑，接地保护系统设备由分断器件+高精度传感器组成。分断器件负责在故障电流出现时，分断负极接地电路；传感器负责检测负极接地电路中的异常电流。当检测到负极接地电路中有异常电流通过时，分断器件瞬时切断负极接地电路，切断漏电流通路。但此方法适用范围局限于隔离光伏系统，不可以使用在非隔离光伏系统中,若发生组件正极接地故障则会造成电池板短路,甚至发生火灾。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有PID抑制技术的不足，提供一种用于光伏发电系统的PID效应抑制装置，其对PID效应的抑制效果更好，且安全可靠性更高，电路结构更简单，实现成本更低。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种用于光伏发电系统的PID效应抑制装置，包括储能装置，以及分别用于该储能装置充、放电的充电电路、放电电路；所述放电电路的正输出端与光伏发电系统中光伏组件的负极连接，放电电路的负输出端接地；所述充电电路的正、负输入端分别与光伏发电系统中的正、负直流母线连接；所述PID效应抑制装置还包括可依据直流母线电压对充电电路和放电电路的通断进行控制的联锁开关装置，当直流母线电压大于等于预设值时，所述联锁开关装置可使充电电路导通，放电电路断开；反之则使充电电路断开，放电电路导通。

作为本发明第一种优选技术方案，所述联锁开关装置包括：控制器以及分别与控制器连接的电压采样电路、第一开关、第二开关；所述电压采样电路用于对直流母线电压进行采样；所述第一开关、第二开关分别串接于充电电路、放电电路中；控制器通过电压采样电路获取直流母线电压，并将其与所述预设值进行比较，当直流母线电压大于等于所述预设值时，控制第一开关导通，第二开关断开；反之，则控制第一开关断开，第二开关导通。

上述优选技术方案利用控制器的逻辑控制来实现对充电电路、放电电路的通断进行联锁控制，控制更灵活；然而该方案需要控制器实现，其硬件成本较高，即使共用逆变单元的控制器，也存在大量占用宝贵的控制器端口的问题。为此，本发明进一步提出以下几种优选技术方案，直接以直流母线电压作为充、放电电路的控制信号，其不需要采样电路和逻辑控制部件，硬件成本更低。

作为本发明第二种优选技术方案，所述联锁开关装置包括：直流电源模块、第一开关、第二开关；第一开关、第二开关分别为常开开关、常闭开关，并分别串接于充电电路、放电电路中；所述直流电源模块的正、负输入端分别与光伏发电系统中的正、负直流母线连接，直流电源模块的输出端分别连接第一开关和第二开关的控制信号输入端，且该直流电源模块被配置为：当其输入电压大于等于所述预设值时，其向第一开关和第二开关输出控制信号，使得第一开关导通，第二开关断开；反之，不输出控制信号。

作为本发明第三种优选技术方案，所述联锁开关装置包括：直流电源模块和开关；所述开关具有一对常开触点和一对常闭触点，所述常开触点和常闭触点分别串接于充电电路、放电电路中；所述直流电源模块的正、负输入端分别与光伏发电系统中的正、负直流母线连接，直流电源模块的输出端与所述开关的控制信号输入端连接，且该直流电源模块被配置为：当其输入电压大于等于所述预设值时，其向所述开关输出控制信号，使得常开触点闭合，常闭触点断开；反之，不输出控制信号。

作为本发明第四种优选技术方案，所述联锁开关装置包括：第一直流电源模块、第二直流电源模块、第一开关、第二开关；第一开关、第二开关分别为常开开关、常闭开关，并分别串接于充电电路、放电电路中；第一直流电源模块和第二电源调压模块的正、负输入端分别与光伏发电系统中的正、负直流母线连接，第一直流电源模块的输出端、第二直流电源模块的输出端分别连接第一开关和第二开关的控制信号输入端；第一直流电源模块和第二直流电源模块被配置为：当其输入电压大于等于所述预设值时，向其所连接的开关输出控制信号；否则，不输出控制信号。

根据相同的发明思路还可以得到一种光伏发电系统，包括如上任一技术方案所述PID效应抑制装置。

相比现有技术，本发明具有以下有益效果：

相比利用光伏组件使用高性能的封装材料来阻止PID效应发生的方案，本发明可以在不更改光伏组件的情况下，实现对PID效应的抑制和防治，适用范围广，实现成本低；

相比现有PV负母线接地的PID效应抑制方案，本发明不但适用于隔离型光伏系统，更可运用于非隔离型的光伏系统，适用范围更广，且安全性更高；

本发明的储能装置在光伏组件输出正常时从直流母线获取电能进行储存，在光伏组件输出电压降低时对光伏组件负极施加一个直流正电压，从而有效抑制PID效应，本发明不需要复杂的逆变单元，结构简单，且充、放电电路的通、断根据直流母线电压的变化实现实时联锁控制，PID效应抑制效果更好。

附图说明

图1为本发明PID效应抑制装置的原理示意图；

图2为本发明第一个具体实施例的电路结构示意图；

图3为本发明第二个具体实施例的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

图1显示了本发明PID效应抑制装置的基本原理。如图1所示，该PID效应抑制装置包括储能装置，以及分别用于该储能装置充、放电的充电电路、放电电路；所述放电电路的正输出端与光伏发电系统中光伏组件的负极PV-连接，放电电路的负输出端接地PE；所述充电电路的正、负输入端分别与光伏发电系统中的正、负直流母线连接；所述PID效应抑制装置还包括可依据直流母线电压对充电电路和放电电路的通断进行控制的联锁开关装置，当直流母线电压大于等于预设值时，所述联锁开关装置可使充电电路导通，放电电路断开；反之则使充电电路断开，放电电路导通。

在光照充足的情况下，光伏组件正常输出，直流母线电压高于预设值，此时充电电路导通，放电电路断开，直流母线输出的电能经由充电电路储存于储能装置；当光照强度变弱，直流母线电压降低至预设值以下时，充电电路断开，放电电路导通，储能装置放电，向光伏组件的负极PV-施加一个直流正电压，从而实现对PID效应的有效抑制。

为了便于公众理解，下面以两个具体实施例来对本发明技术方案进行进一步说明。

实施例一、

图2显示了本发明光伏发电系统的一种具体结构。如图2所示，该光伏发电系统包括依次连接的光伏电池阵列、直流开关、第一EMC滤波装置、DC/DC升压单元、逆变单元、电抗器、第二EMC滤波装置、交流继电器、第三EMC滤波装置，第三EMC滤波装置接入电网侧。在该光伏发电系统中安装有PID效应抑制装置，如图2所示，所述PID效应抑制装置包括：电压采样电路、放电电路、储能装置、充电电路以及控制器。充电电路连接至逆变单元与光伏电池阵列之间的正、负母线上，通过充电电路对储能装置充电，储存直流电能；储能装置的正端通过放电电路连接光伏电池阵列PV母线的负极，负端经连接PE接地；电压采样电路用于对直流母线电压进行采样，并将采样结果输出至控制器。在白天光照充足时，母线电压采样达到预设值时，通过控制器控制放电电路断开、充电电路闭合导通来对储能装置进行充电储能。在光照强度变弱，母线电压低于预设值时，通过控制器控制充电电路断开、放电电路闭合导通，来实现光伏电池阵列PV负母线对地增加一个直流正电压，从而抑制PID效应的发生。

如图2所示，本实施例中的充电电路包括充电电阻R1和防反二极管D1；在充电电路中接有常开型的接触器K1，在放电电路中接有常闭型的接触器K2，接触器K1、K2的控制信号输入端分别连接控制器；储能装置采用储能电容C1，储能电容C1一端连接在防反二极管D1与接触器K2之间，另一端接PE地。

当光伏电池阵列的输出电压达到预设值时，电压采样单元将直流母线电压采样信号传送至控制器，控制器控制接触器K1闭合导通，接触器K2断开，储能电容C1充电；当光伏电池阵列电压低于预设值时，电压采样单元将直流母线电压采样信号传送至控制器，控制器控制接触器K1断开，接触器K2闭合导通，储能电容C1放电，向光伏电池阵列的负极输出正电压,来实现光伏电池阵列PV负母线对地增加一个直流正电压，从而抑制PID效应的发生。接触器K1、接触器K2通过控制器进行联锁控制，避免了同时吸合造成故障。

本实施例中控制单元的电源从电网侧取电，当然也可以自带电池或者从其他电源处取电。本实施例中的接触器K1、K2，可以用继电器、功率开关、电磁开关等替代；此外，也可以采用具有双触点对的一个开关（如继电器、接触器等）替代，只要将其中一对常开触点接入充电电路，将一对常闭触点接入放电点路即可。现有光伏发电系统的逆变单元通常都带有控制器和直流母线电压采样电路，因此PID效应抑制装置可与逆变单元共用控制器和/或直流母线电压采样电路，从而降低系统成本。

本实施例用控制器的逻辑控制来实现对充电电路、放电电路的通断进行联锁控制，控制更灵活；然而该方案需要控制器实现，其硬件成本较高，即使共用逆变单元的控制器，也存在大量占用宝贵的控制器端口的问题。为此，可以考虑直接以直流母线电压作为充、放电电路的通、断控制信号，这样就不需要电压采样电路和逻辑控制部件，硬件成本更低。

实施例二、

图3显示了本发明光伏发电系统的另一种具体结构。与实施例一类似，本实施例的光伏发电系统同样包括依次连接的光伏电池阵列、直流开关、第一EMC滤波装置、DC/DC升压单元、逆变单元、电抗器、第二EMC滤波装置、交流继电器、第三EMC滤波装置，第三EMC滤波装置接入电网侧。如图3所示，本实施例中的PID效应抑制装置包括：直流电源模块、常开型的开关K1、常闭型的开关K2；开关K1、K2分别串接于充电电路、放电电路中；所述直流电源模块的正、负输入端分别与光伏发电系统中的正、负直流母线连接，直流电源模块的输出端分别连接开关K1、K2的控制信号输入端，且该直流电源模块被配置为：当其输入电压大于等于所述预设值时，其向开关K1、K2输出控制信号，使得开关K1导通，开关K2断开；反之，不输出控制信号。

其中开关K1、K2可采用接触器、继电器、功率开关、电磁开关等，也可以利用同时具有常开触点对和常闭触点对的一个开关代替，只要将其中一对常开触点接入充电电路，将一对常闭触点接入放电电路即可。另外，也可以采用两个直流电源模块分别对开关K1、K2进行控制。

本实施例利用直流电源模块将直流母线电压直接转换为开关K1、K2的控制信号；根据开关K1、K2的实际控制类型（例如电压控制型或电流控制型），直流电源模块可以输出相应的控制信号，以电压控制型为例，如开关K1、K2的控制信号为24V，则可采用的直流电源模块可以为型号为NH15-V2S24的DC-DC高压电源模块，其输入为100V-1000V的直流电压，输出为24V直流电压。如K1、K2的控制类型为电流控制型，则可采用市场上常规的电压电流转换模块，其转换成的电流为K1、K2的控制信号。

当光伏电池阵列的输出电压达到预设值时，直流电源模块启动工作，向开关K1、K2输出电压或电流控制信号，开关K1闭合导通，开关K2断开，储能电容C1充电；当光伏电池阵列电压低于预设值时，直流电源模块停止工作，无电压或电流控制信号输出，开关K1断开，开关K2闭合导通，储能电容C1放电，向光伏电池阵列的负极输出正电压,来实现光伏电池阵列PV负母线对地增加一个直流正电压，从而抑制PID效应的发生。开关K1、K2通过直流电源模块进行联锁控制，避免了同时吸合造成故障。

需要特别说明的是，以上列举的仅为本专利的两个具体实施例，显然本专利不限于以上实施例，对于本领域技术人员而言，随之有着许多的类似变化，诸如储能器件的类型、充放电回路的组成、充电取电位置的变化，以及电压采样位置的变化、开关的选用类型等等，任何基于本专利的简单变形，均应属于本专利的保护范围。

Claims

1.一种用于光伏发电系统的PID效应抑制装置，包括储能装置，以及分别用于该储能装置充、放电的充电电路、放电电路；所述放电电路的正输出端与光伏发电系统中光伏组件的负极连接，放电电路的负输出端接地；其特征在于，所述放电电路的正、负输入端分别与光伏发电系统中的正、负直流母线连接；所述PID效应抑制装置还包括可依据直流母线电压对充电电路和放电电路的通断进行控制的联锁开关装置，当直流母线电压大于等于预设值时，所述联锁开关装置可使充电电路导通，放电电路断开；反之则使充电电路断开，放电电路导通。

2.如权利要求1所述PID效应抑制装置，其特征在于，所述联锁开关装置包括：控制器以及分别与控制器连接的电压采样电路、第一开关、第二开关；所述电压采样电路用于对直流母线电压进行采样；所述第一开关、第二开关分别串接于充电电路、放电电路中；控制器通过电压采样电路获取直流母线电压，并将其与所述预设值进行比较，当直流母线电压大于等于所述预设值时，控制第一开关导通，第二开关断开；反之，则控制第一开关断开，第二开关导通。

3.如权利要求1所述PID效应抑制装置，其特征在于，所述联锁开关装置包括：直流电源模块、第一开关、第二开关；第一开关、第二开关分别为常开开关、常闭开关，并分别串接于充电电路、放电电路中；所述直流电源模块的正、负输入端分别与光伏发电系统中的正、负直流母线连接，直流电源模块的输出端分别连接第一开关和第二开关的控制信号输入端，且该直流电源模块被配置为：当其输入电压大于等于所述预设值时，其向第一开关和第二开关输出控制信号，使得第一开关导通，第二开关断开；反之，不输出控制信号。

4.如权利要求1所述PID效应抑制装置，其特征在于，所述联锁开关装置包括：直流电源模块和开关；所述开关具有一对常开触点和一对常闭触点，所述常开触点和常闭触点分别串接于充电电路、放电电路中；所述直流电源模块的正、负输入端分别与光伏发电系统中的正、负直流母线连接，直流电源模块的输出端与所述开关的控制信号输入端连接，且该直流电源模块被配置为：当其输入电压大于等于所述预设值时，其向所述开关输出控制信号，使得常开触点闭合，常闭触点断开；反之，不输出控制信号。

5.如权利要求1所述PID效应抑制装置，其特征在于，所述联锁开关装置包括：第一直流电源模块、第二直流电源模块、第一开关、第二开关；第一开关、第二开关分别为常开开关、常闭开关，并分别串接于充电电路、放电电路中；第一直流电源模块和第二电源调压模块的正、负输入端分别与光伏发电系统中的正、负直流母线连接，第一直流电源模块的输出端、第二直流电源模块的输出端分别连接第一开关和第二开关的控制信号输入端；第一直流电源模块和第二直流电源模块被配置为：当其输入电压大于等于所述预设值时，向其所连接的开关输出控制信号；否则，不输出控制信号。

6.如权利要求1～5任一项所述PID效应抑制装置，其特征在于，所述储能装置为储能电容或储能电池。

7.一种光伏发电系统，其特征在于，包括如权利要求1～6任一项所述PID效应抑制装置。

8.一种光伏发电系统，包括逆变单元及其控制器；其特征在于，所述光伏发电系统还包括权利要求2所述PID效应抑制装置；PID效应抑制装置与逆变单元共用同一控制器。