CN106300408B - 一种具有交直流动态调节功能的光伏逆变器 - Google Patents

一种具有交直流动态调节功能的光伏逆变器 Download PDF

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Abstract

本发明属于太阳能光伏发电领域，具体涉及一种具有交直流动态调节功能的光伏逆变器。通过本发明的技术方案，在组串式和集中式成本范围基本上不增加成本的情况下，以及兼顾了集散式光伏逆变器的优点的同时，可以有效改善较低出力的功率区间，逆变电路效率较低且损耗大的缺陷；由于逆变器需要达到一定功率后才运行发电并在大功率运行时效率才能达到97％以上；本发明的技术方案，可以在光伏早晚时段初期和末期发电功率较小的时间段通过集中给二分之一逆变器供电使其电量增加一倍提前运行发电，而且是二分之一逆变器在工作，大大减少了系统损耗，有效解决这一时段的弃电和减少较低出力的功率区间逆变电路的自耗电能，增加了投资收益。

Description

一种具有交直流动态调节功能的光伏逆变器
技术领域
本发明属于太阳能光伏发电领域，具体涉及一种具有交直流动态调节功能的光伏逆变器。
背景技术
随着太阳能发电技术的不断进步，光伏发电系统从简单的离网光储逆变器一体机到集中式并网光伏逆变器；随着太阳能发电规模的不断扩大，集中式逆变器的功率也不断增加，光伏组件以多个组串并联与集中式逆变器连接，统一进行MPPT最大功率跟踪，其系统构造如图1(a)所示，这样一个500KW的光伏发电系统，只要一台500KW集中式逆变器即可，并网简单成本低，但是，由于光伏板产品本身一致性的差别和运行后受环境的影响，造成组串之间的不均匀性，影响了MPPT的整体精度和光伏发电的效率；进而出现了组串式逆变器，每一个光伏板组串一台逆变器，其系统构造如图1(b)所示，这样可以改善MPPT的整体精度和光伏发电的效率问题，但是同样一个500KW的光伏发电系统，需要20台25KW组串式逆变器并接上网，增加了成本也增加了电网调控的复杂性；针对上述技术状况，又出现了集散式逆变器，其系统构造如图1(c)所示，直流侧采用组串式提高MPPT的整体精度和光伏发电的效率，直流变换成交流采用集中式逆变，综合了集中式和组串式两个技术方案的特点进行取舍，构成了集散式逆变器，得到了组串式的效率又比组串式成本低。
上述分析了光伏逆变器在规模化太阳能发电系统应用中的两个重要因素，即投资成本和发电效率，可以看到近来出现的集散式逆变器技术方案具有一定的取舍灵活性和综合优势。我们需要在组串式和集中式成本范围内即同等投资成本的基础上去研究提高效率是比较合理的。
对于并网光伏逆变器的效率与效果的影响，主要有三个方面，其一是直流侧MPPT最大功率跟踪，集中式光伏逆变器构成的500KW系统效率可以做到95.x％以上，组串式光伏逆变器构成的500KW系统效率可以做到97.x％以上，两者相差2％-3％，对于一个运营25年的10MWp的光伏电站来讲，1％的效率意味着337.5万元收益，即峰值光照按每年1500小时计算，每KWh电价按0.9元计算，则0.01*1500*25*10000*0.9＝3375000元；
其二是逆变器直流侧电压工作范围，范围宽可以增加发电时间，可以更多的利用早晚光照时间，如果光伏发电系统每天早晚能够增加相当于1分钟的发电，对于一个运营25年的10MWp的光伏电站来讲，增加1分钟的发电意味着在电站寿命期增加136.88万元收益，即峰值光照按每年1500小时计算，每KWh电价按0.9元计算，则1/60*365*25*10000*0.9＝1368750元；
其三是逆变电路本身的最佳出力工作区间，众所周知设计人员会考虑安排较低出力的功率区间，逆变电路效率较低，现有集中式、组串式、集散式的技术方案其光伏逆变器最大效率都会≥99.x％，而加权效率均会＜97％，这说明较低出力的功率区间逆变电路效率减小了2％以上；另外光伏早晚时段初期和末期发电功率较小，在西北地区早上07：30至09：30、下午15：30至19：30，一天14个光照时间中有4个小时以上发电功率小于50％，而逆变器需要达到一定功率后才运行发电并在大功率运行时效率才能达到97％以上。
综上所述，单级的组串式逆变器是解决其一技术问题，组串式采用两级设计成本会更高；集散式逆变器直流侧单独一级，可以解决其一技术问题的同时解决其二技术问题，提高发电效率同时相对于组串式逆变器降低了成本；但是其三的技术问题没有得到解决。
发明内容
为了解决上述其三技术问题，进一步提高光伏逆变器发电效率，本发明提出一种具有交直流动态调节功能的光伏逆变器，包括第一光伏组串接入端口、第二光伏组串接入端口、第N光伏组串接入端口、第一DC/DC及MPPT模块、第二DC/DC及MPPT模块、第NDC/DC及MPPT模块、第一直流选通电路、第二直流选通电路、第N直流选通电路、第一直流母线、第二直流母线、总线、第一DC/AC模块、第二DC/AC模块、第一交流选通电路、第二交流选通电路、主控模块、内部电源、操控面板、计时模块、交流连接端口；
并且由交流连接端口连接第一交流选通电路及顺次连接第一DC/AC模块、第一直流母线以及通过第一直流母线分别连接第一直流选通电路、第二直流选通电路、第N直流选通电路，再分别由第一直流选通电路顺次连接第一DC/DC及MPPT模块和第一光伏组串接入端口、第二直流选通电路顺次连接第二DC/DC及MPPT模块和第二光伏组串接入端口、第N直流选通电路顺次连接第N DC/DC及MPPT模块和第N光伏组串接入端口，构成第一光伏发电逆变电力路径；
由交流连接端口(12)连接第二交流选通电路及顺次连接第二DC/AC模块、第二直流母线以及通过第二直流母线分别连接第一直流选通电路、第二直流选通电路、第N直流选通电路，再分别由第一直流选通电路顺次连接第一DC/DC及MPPT模块和第一光伏组串接入端口、第二直流选通电路顺次连接第二DC/DC及MPPT模块和第二光伏组串接入端口、第N直流选通电路顺次连接第N DC/DC及MPPT模块和第N光伏组串接入端口，构成第二光伏发电逆变电力路径；
主控模块与操控面板和计时模块相连接并通过总线分别连接第一DC/DC及MPPT模块、第二DC/DC及MPPT模块、第NDC/DC及MPPT模块、第一直流选通电路、第二直流选通电路、第N直流选通电路、第一DC/AC模块、第二DC/AC模块、第一交流选通电路、第二交流选通电路，构成逆变系统控制链路；
内部电源分别连接第一直流母线、第二直流母线以及主控模块，构成逆变系统内部电力路径；
其特征是，多个DC/DC及MPPT模块和光伏组串接入端口与接入的光伏组串相对应并且多个DC/DC及MPPT模块的额定功率之和≤第一DC/AC模块和第二DC/AC模块的额定功率之和；主控模块根据计时模块数据判断光伏发电时间段，并且比对多个DC/DC及MPPT模块的发电功率之和，当多个DC/DC及MPPT模块的发电功率之和≤1/2(第一DC/AC模块和第二DC/AC模块的额定功率之和)时，主控模块根据设备状况选择控制能够正常运行的第一光伏发电逆变电力路径或第二光伏发电逆变电力路径之一导通运行；否则主控模块控制能够正常运行的第一光伏发电逆变电力路径和第二光伏发电逆变电力路径同时导通运行。
通过本发明一种具有交直流动态调节功能的光伏逆变器的技术方案，可以有效改善较低出力的功率区间，逆变电路效率较低的缺陷，并且可以在光伏早晚时段初期和末期发电功率较小的时间段提前运行发电，有效解决这一时段的弃电和减少较低出力的功率区间逆变电路的自耗电能。
附图说明
图1是现有技术方案光伏逆变器的系统构造原理示意图。
图2是一种具有交直流动态调节功能的光伏逆变器的系统构造原理示意图。
具体实施方式
作为实施例子，结合附图对本发明的一种具有交直流动态调节功能的光伏逆变器给予说明，但是，本发明的技术与方案不限于本实施例子给出的内容。
附图给出了一种具有交直流动态调节功能的光伏逆变器的系统构造原理示意图。由附图所示，本发明提出的一种具有交直流动态调节功能的光伏逆变器，包括第一光伏组串接入端口(1a)、第二光伏组串接入端口(1b)、第N光伏组串接入端口(1n)、第一DC/DC及MPPT模块(2a)、第二DC/DC及MPPT模块(2b)、第NDC/DC及MPPT模块(2n)、第一直流选通电路(3a)、第二直流选通电路(3b)、第N直流选通电路(3n)、第一直流母线(4a)、第二直流母线(4b)、总线(5)、第一DC/AC模块(6a)、第二DC/AC模块(6b)、第一交流选通电路(7a)、第二交流选通电路(7b)、主控模块(8)、内部电源(9)、操控面板(10)、计时模块(11)、交流连接端口(12)；
并且由交流连接端口(12)连接第一交流选通电路(7a)及顺次连接第一DC/AC模块(6a)、第一直流母线(4a)以及通过第一直流母线(4a)分别连接第一直流选通电路(3a)、第二直流选通电路(3b)、第N直流选通电路(3n)，再分别由第一直流选通电路(3a)顺次连接第一DC/DC及MPPT模块(2a)和第一光伏组串接入端口(1a)、第二直流选通电路(3b)顺次连接第二DC/DC及MPPT模块(2b)和第二光伏组串接入端口(1b)、第N直流选通电路(3n)顺次连接第N DC/DC及MPPT模块(2n)和第N光伏组串接入端口(1n)，构成第一光伏发电逆变电力路径；
由交流连接端口(12)连接第二交流选通电路(7b)及顺次连接第二DC/AC模块(6b)、第二直流母线(4b)以及通过第二直流母线(4b)分别连接第一直流选通电路(3a)、第二直流选通电路(3b)、第N直流选通电路(3n)，再分别由第一直流选通电路(3a)顺次连接第一DC/DC及MPPT模块(2a)和第一光伏组串接入端口(1a)、第二直流选通电路(3b)顺次连接第二DC/DC及MPPT模块(2b)和第二光伏组串接入端口(1b)、第N直流选通电路(3n)顺次连接第N DC/DC及MPPT模块(2n)和第N光伏组串接入端口(1n)，构成第二光伏发电逆变电力路径；
主控模块(8)与操控面板(10)和计时模块(11)相连接并通过总线(5)分别连接第一DC/DC及MPPT模块(2a)、第二DC/DC及MPPT模块(2b)、第NDC/DC及MPPT模块(2n)、第一直流选通电路(3a)、第二直流选通电路(3b)、第N直流选通电路(3n)、第一DC/AC模块(6a)、第二DC/AC模块(6b)、第一交流选通电路(7a)、第二交流选通电路(7b)，构成逆变系统控制链路；
内部电源(9)分别连接第一直流母线(4a)、第二直流母线(4b)以及主控模块(8)，构成逆变系统内部电力路径；
其特征是，多个DC/DC及MPPT模块(2a，2b，……，2n)和光伏组串接入端口(1n)与接入的光伏组串相对应并且多个DC/DC及MPPT模块(2a，2b，……，2n)的额定功率之和≤第一DC/AC模块(6a)和第二DC/AC模块(6b)的额定功率之和；主控模块(8)根据计时模块(11)数据判断光伏发电时间段，并且比对多个DC/DC及MPPT模块(2a，2b，……，2n)的发电功率之和，当多个DC/DC及MPPT模块(2a，2b，……，2n)的发电功率之和≤1/2(第一DC/AC模块(6a)和第二DC/AC模块(6b)的额定功率之和)时，主控模块(8)根据设备状况选择控制能够正常运行的第一光伏发电逆变电力路径或第二光伏发电逆变电力路径之一导通运行；否则主控模块(8)控制能够正常运行的第一光伏发电逆变电力路径和第二光伏发电逆变电力路径同时导通运行。
通过本发明一种具有交直流动态调节功能的光伏逆变器的技术方案，在成本基本上不增加的情况下，兼顾了集散式光伏逆变器的优点的同时，可以有效改善较低出力的功率区间，逆变电路效率较低的缺陷；在西北地区早上07：30至09：30、下午15：30至19：30，一天14个光照时间中有4个小时以上发电功率小于50％，而逆变器需要达到一定功率后才运行发电并在大功率运行时效率才能大大97％以上；本发明可以在光伏早晚时段初期和末期发电功率较小的时间段提前运行发电，而且是二分之一逆变器在工作，大大减少了系统损耗，有效解决这一时段的弃电和减少较低出力的功率区间逆变电路的自耗电能，增加了投资收益。

Claims (1)

1.一种具有交直流动态调节功能的光伏逆变器，包括第一光伏组串接入端口(1a)、第二光伏组串接入端口(1b)、第N光伏组串接入端口(1n)、第一DC/DC及MPPT模块(2a)、第二DC/DC及MPPT模块(2b)、第NDC/DC及MPPT模块(2n)、第一直流选通电路(3a)、第二直流选通电路(3b)、第N直流选通电路(3n)、第一直流母线(4a)、第二直流母线(4b)、总线(5)、第一DC/AC模块(6a)、第二DC/AC模块(6b)、第一交流选通电路(7a)、第二交流选通电路(7b)、主控模块(8)、内部电源(9)、操控面板(10)、计时模块(11)、交流连接端口(12)；
并且由交流连接端口(12)连接第一交流选通电路(7a)及顺次连接第一DC/AC模块(6a)、第一直流母线(4a)以及通过第一直流母线(4a)分别连接第一直流选通电路(3a)、第二直流选通电路(3b)、第N直流选通电路(3n)，再分别由第一直流选通电路(3a)顺次连接第一DC/DC及MPPT模块(2a)和第一光伏组串接入端口(1a)、第二直流选通电路(3b)顺次连接第二DC/DC及MPPT模块(2b)和第二光伏组串接入端口(1b)、第N直流选通电路(3n)顺次连接第N DC/DC及MPPT模块(2n)和第N光伏组串接入端口(1n)，构成第一光伏发电逆变电力路径；
由交流连接端口(12)连接第二交流选通电路(7b)及顺次连接第二DC/AC模块(6b)、第二直流母线(4b)以及通过第二直流母线(4b)分别连接第一直流选通电路(3a)、第二直流选通电路(3b)、第N直流选通电路(3n)，再分别由第一直流选通电路(3a)顺次连接第一DC/DC及MPPT模块(2a)和第一光伏组串接入端口(1a)、第二直流选通电路(3b)顺次连接第二DC/DC及MPPT模块(2b)和第二光伏组串接入端口(1b)、第N直流选通电路(3n)顺次连接第N DC/DC及MPPT模块(2n)和第N光伏组串接入端口(1n)，构成第二光伏发电逆变电力路径；
主控模块(8)与操控面板(10)和计时模块(11)相连接并通过总线(5)分别连接第一DC/DC及MPPT模块(2a)、第二DC/DC及MPPT模块(2b)、第NDC/DC及MPPT模块(2n)、第一直流选通电路(3a)、第二直流选通电路(3b)、第N直流选通电路(3n)、第一DC/AC模块(6a)、第二DC/AC模块(6b)、第一交流选通电路(7a)、第二交流选通电路(7b)，构成逆变系统控制链路；
内部电源(9)分别连接第一直流母线(4a)、第二直流母线(4b)以及主控模块(8)，构成逆变系统内部电力路径；
其特征是，多个DC/DC及MPPT模块(2a，2b，……，2n)和光伏组串接入端口(1a，1b，……，1n)与接入的光伏组串相对应并且多个DC/DC及MPPT模块(2a，2b，……，2n)的额定功率之和≤第一DC/AC模块(6a)和第二DC/AC模块(6b)的额定功率之和；主控模块(8)根据计时模块(11)数据判断光伏发电时间段，并且比对多个DC/DC及MPPT模块(2a，2b，……，2n)的发电功率之和，当多个DC/DC及MPPT模块(2a，2b，……，2n)的发电功率之和≤1/2(第一DC/AC模块(6a)和第二DC/AC模块(6b)的额定功率之和)时，主控模块(8)根据设备状况选择控制能够正常运行的第一光伏发电逆变电力路径或第二光伏发电逆变电力路径之一导通运行；否则主控模块(8)控制能够正常运行的第一光伏发电逆变电力路径和第二光伏发电逆变电力路径同时导通运行。
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