CN106330088A - 一种带直通装置的三体光伏发电直流优化器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带直通装置的三体光伏发电直流优化器，包括监测电路模块和电力转换电路模块，该种三体直流优化器，可连接三个光伏板，而同时保持每个光伏板的最大功率点跟踪功能（MPPT）、数据的采集和传送以及保护关断，采用三路输入，其中两路共用功率电感和输出电容，三路共用一个旁路电路，共用一个电流采样电路，共用一个MCU控制器，共用一个通信电路，共用一个辅助供电电路，实现产品成本的降低；同时，采用了两个直通电路装置，在优化器的控制系统发生故障失效时，直通装置会自行连通，确保三路光伏组件能直接接入系统继续工作，减少发电损失，提高发电系统可靠性。

Description

一种带直通装置的三体光伏发电直流优化器
技术领域
本发明涉及一种优化器，具体为一种带直通装置的三体光伏发电直流优化器，属于光伏发电技术领域。
背景技术
随着能源的短缺和环境的污染，太阳能作为一种可再生、无污染的绿色能源越来越被人们所重视，光伏并网发电技术得以迅猛发展。基于优化器的光伏发电系统是其中一种高效的光伏并网方案，主要由光伏组件、直流优化器以及并网逆变器三部分组成，系统中每个光伏组件连接一台直流优化器，将优化器的输出端串联后再通过集中式逆变器将能量传递给电网。基于优化器的光伏发电系统能够将光伏阵列中组串的最大功率点跟踪解耦为各个组件的最大功率点跟踪，在解决光伏组件不匹配及部分遮蔽问题的同时，也可以实现组件性能的检测，方便系统的运营与维护。因为直流优化器是系统额外增加的部件，所以对于成本要求非常高，希望尽可能降低成本。目前主要有两种方式：单体结构和双体结构。
单体结构是每一个光伏组件连接一个直流优化器，即单路输入，如图1所示；双体结构是每两个光伏组件连接一个直流优化器，即双路输入，如图2所示。
对于单体结构，由于一对一使用，在大型光伏电站的应用中直流优化器的使用数量会很庞大，单机成本的降低空间不大，所以不能有效降低整个系统成本，大规模应用优势很弱。另一种单体方式是外部串联光伏组件后再接入优化器，如图3所示，这样做能够降低优化器使用数，但不能实现独立MPPT，且两个组件有一个失效就会导致整个优化器不能工作，同时不能监测单个组件的性能，另外由于输入电压以及功率的加倍，开关的耐压等级升高，电感、电容等元件的容量等级升高，造成元件选型困难。
对于双体结构，有两路独立输入，能够实现独立MPPT，且能监测单个组件的性能，但电路结构上是两个单体的组合，所用电路器件没有减少，也不能大幅度降低成本，大规模应用优势不强。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于解决现有技术中经济成本高，系统庞大，不能实现独立MPPT，稳定性差的一种带直通装置的三体光伏发电直流优化器，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现:一种带直通装置的三体光伏发电直流优化器，包括监测电路模块和电力转换电路模块，所述监控电路由输入电压采集电路、输出电压电流采集电路、辅助供电电路、MCU控制器、开关管驱动电路以及通信电路组成，所述MCU控制器分别与输入电压采集电路、输出电压电流采集电路、辅助供电电路、开关管驱动电路以及通信电路电连接，所述辅助供电电路的输出端分别与输入电压采集电路、输出电压电流采集电路、MCU控制器、开关管驱动电路、通信电路，所述辅助供电电路的输入端与电力转换电路模块连接，所述电力转换电路模块还分别与输入电压采集电路和输出电压电流采集电路连接；所述电力转换电路模块包括输入端PV1+/PV1-、输入端PV2+/PV2-、输入端PV3+/PV3-、输出端OUT+/OUT-、输入电容Cin1/Cin2/Cin3、电流采样电路CS、功率MOS管开关S1/S2/S3、电感L1/L2、旁路二极管D0、输出电容Cout1/Cout2、续流二极管D1/D2/D3以及直通电路装置1/2，所述输入端PV1+/PV1-、输入端PV2+/PV2-以及输入端PV3+/PV3-分别与光伏组件1、光伏组件2以及光伏组件3对应电连接。
本发明所述的电力转换电路模块为第一电力转换电路模块或第二电力转换电路模块。
本发明所述的第一电力转换电路模块中光伏组件1、2和3的输出端独立连接第一电力转换电路模块的输入端PV1+/PV1-、PV2+/PV2-和PV3+/PV3-；PV1+和输入端PV1-之间分别并联输入电容Cin1和续流二极管D1，输入端PV2+和输入端PV2-之间分别并联输入电容Cin2和续流二极管D2，输入端PV2+和输入端PV3+之间分别并联输入电容Cin3和续流二极管D3；所述输入端PV1+和输入端PV2-通过1个电感L1连接，输入端PV1-和输入端PV2+通过输出电容Cout1连接；所述输入端PV3-与输入端PV2+直接连接，光伏组件3连接的输入端PV3+串联一个电感L2，光伏组件3连接的输入端PV3+和输入端PV3-并联一输出电容Cout2；所述第一电力转换电路模块的输出端OUT+和输出端OUT-设有连接的旁路二极管D0，且输出端OUT-串接一个电流采样电路CS，所述功率MOS管开关S1/S2/S3分别依次串接于输入端PV1+、输入端PV2-以及输入端PV3+上。
本发明所述的第二电力转换电路模块中光伏组件1、2和3的输出端独立连接第一电力转换电路模块的输入端PV1+/PV1-、PV2+/PV2-和PV3+/PV3-，PV1+和输入端PV1-之间分别并联输入电容Cin1和续流二极管D1，输入端PV2+和输入端PV2-之间分别并联输入电容Cin2和续流二极管D2，输入端PV1-和输入端PV3-之间分别并联输入电容Cin3和续流二极管D3；所述输入端PV1+和输入端PV2-通过1个电感L1连接，输入端PV1-和输入端PV2+通过输出电容Cout1连接；所述输入端PV3+与输入端PV1-直接连接，光伏组件3连接的输入端PV3-串联一个电感L2，光伏组件3连接的输入端PV3+和输入端PV3-并联一输出电容Cout2；所述第二电力转换电路模块的输出端OUT+和输出端OUT-设有连接的旁路二极管D0，且输出端OUT-串接一个电流采样电路CS，所述功率MOS管开关S1/S2/S3分别依次串接于输入端PV1+、输入端PV2-以及输入端PV3-上。
本发明所述的第一电力转换电路模块中的输入端PV1+和输入端PV2-之间设有直通电路装置1，所述输入端PV3+和输出端OUT+之间设有直通电路装置2。
本发明所述的第二电力转换电路模块中输入端PV1+和输入端PV2-之间设有直通电路装置1，所述输入端PV3-和输出端OUT-之间设有直通电路装置2。
本发明所述的输出电压电流采集电路分别与输出端OUT+和电流采样电路CS连接。
本发明所述的输入端PV1+、PV2+以及PV3+分别与输入电压采集电路和辅助供电电路连接。
本发明的有益效果是：本明公开了一种三体直流优化器，可连接三个光伏板，而同时保持每个光伏板的最大功率点跟踪功能（MPPT）、数据的采集和传送以及保护关断；采用三路输入，其中两路共用功率电感和输出电容，三路共用一个旁路电路，共用一个电流采样电路，共用一个MCU控制器，共用一个通信电路，共用一个辅助供电电路，实现产品成本的降低；同时，采用了两个直通电路装置，在优化器的控制系统发生故障失效时，直通装置会自行连通，确保三路光伏组件能直接接入系统继续工作，减少发电损失，提高发电系统可靠性。
附图说明
图1为现有的一种单体结构直流优化器的转换电路示意图；
图2为现有的一种双体结构直流优化器的转换电路示意图；
图3为现有的另一种单体结构直流优化器的转换电路示意图；
图4为本发明的第一电力转换电路模块下的一种三体结构直流优化器的转换电路示意图；
图5为本发明的第二电力转换电路模块下的另一种三体结构直流优化器的转换电路示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式进一步的说明，但是下文中的具体实施方式不应当做被理解为对本体发明的限制。本领域普通技术人员能够在本发明基础上显而易见地作出的各种改变和变化，应该均在发明的范围之内。
实施例1
一种带直通装置的三体光伏发电直流优化器，包括监测电路模块和电力转换电路模块，所述监控电路由输入电压采集电路、输出电压电流采集电路、辅助供电电路、MCU控制器、开关管驱动电路以及通信电路组成，所述MCU控制器分别与输入电压采集电路、输出电压电流采集电路、辅助供电电路、开关管驱动电路以及通信电路电连接，所述辅助供电电路的输出端分别与输入电压采集电路、输出电压电流采集电路、MCU控制器、开关管驱动电路、通信电路，所述辅助供电电路的输入端与电力转换电路模块连接，所述电力转换电路模块还分别与输入电压采集电路和输出电压电流采集电路连接；所述电力转换电路模块包括输入端PV1+/PV1-、输入端PV2+/PV2-、输入端PV3+/PV3-、输出端OUT+/OUT-、输入电容Cin1/Cin2/Cin3、电流采样电路CS、功率MOS管开关S1/S2/S3、电感L1/L2、旁路二极管D0、输出电容Cout1/Cout2、续流二极管D1/D2/D3以及直通电路装置1/2，所述输入端PV1+/PV1-、输入端PV2+/PV2-以及输入端PV3+/PV3-分别与光伏组件1、光伏组件2以及光伏组件3对应电连接；所述的电力转换电路模块中光伏组件1、2和3的输出端独立连接第一电力转换电路模块的输入端PV1+/PV1-、PV2+/PV2-和PV3+/PV3-；PV1+和输入端PV1-之间分别并联输入电容Cin1和续流二极管D1，输入端PV2+和输入端PV2-之间分别并联输入电容Cin2和续流二极管D2，输入端PV2+和输入端PV3+之间分别并联输入电容Cin3和续流二极管D3；所述输入端PV1+和输入端PV2-通过1个电感L1连接，输入端PV1-和输入端PV2+通过输出电容Cout1连接；所述输入端PV3-与输入端PV2+直接连接，光伏组件3连接的输入端PV3+串联一个电感L2，光伏组件3连接的输入端PV3+和输入端PV3-并联一输出电容Cout2；所述第一电力转换电路模块的输出端OUT+和输出端OUT-设有连接的旁路二极管D0，且输出端OUT-串接一个电流采样电路CS，所述功率MOS管开关S1/S2/S3分别依次串接于输入端PV1+、输入端PV2-以及输入端PV3+上，所述的输入端PV1+和输入端PV2-之间设有直通电路装置1，所述输入端PV3+和输出端OUT+之间设有直通电路装置2；所述的输出电压电流采集电路分别与输出端OUT+和电流采样电路CS连接，所述的输入端PV1+、PV2+以及PV3+分别与输入电压采集电路和辅助供电电路连接，光伏组件1的正极连接的输入端PV1+和光伏组件2的负极连接的输入端PV2-通过1个电感L1连接，即两光伏组件的转换电路输入共用一个电感L1，同时两路输出共用电容Cout1，光伏组件3的负极连接的输入端PV3-与光伏组件2的正极连接的输入端PV2+直接连接，光伏组件3独立使用电感L2和输出电容Cout2。三路组件共用一个旁路二极管D0，共用一个电流采样电路CS，共用一个MCU控制器，共用一个通信电路，共用一个辅助供电电路；各电路和元件的共用，相对于三个单体优化器大大降低了产品成本，同时为了提高可靠性，直流优化器中采用了两个直通电路装置1/2，如图4，直通电路装置1放置在输入端PV1+和输入端PV2-之间，直通电路装置2放置在输入端PV3+和输出端OUT+之间；当优化器的控制系统发生故障失效时，直通电路装置1和直通电路装置2会自行连通，确保3路光伏组件能直接接入系统继续工作，减少发电损失，提高直流优化器的可靠性。
实施例2
一种带直通装置的三体光伏发电直流优化器，包括监测电路模块和电力转换电路模块，所述监控电路由输入电压采集电路、输出电压电流采集电路、辅助供电电路、MCU控制器、开关管驱动电路以及通信电路组成，所述MCU控制器分别与输入电压采集电路、输出电压电流采集电路、辅助供电电路、开关管驱动电路以及通信电路电连接，所述辅助供电电路的输出端分别与输入电压采集电路、输出电压电流采集电路、MCU控制器、开关管驱动电路、通信电路，所述辅助供电电路的输入端与电力转换电路模块连接，所述电力转换电路模块还分别与输入电压采集电路和输出电压电流采集电路连接；所述电力转换电路模块包括输入端PV1+/PV1-、输入端PV2+/PV2-、输入端PV3+/PV3-、输出端OUT+/OUT-、输入电容Cin1/Cin2/Cin3、电流采样电路CS、功率MOS管开关S1/S2/S3、电感L1/L2、旁路二极管D0、输出电容Cout1/Cout2、续流二极管D1/D2/D3以及直通电路装置1/2，所述输入端PV1+/PV1-、输入端PV2+/PV2-以及输入端PV3+/PV3-分别与光伏组件1、光伏组件2以及光伏组件3对应电连接；所述的电力转换电路模块中光伏组件1、2和3的输出端独立连接第一电力转换电路模块的输入端PV1+/PV1-、PV2+/PV2-和PV3+/PV3-，PV1+和输入端PV1-之间分别并联输入电容Cin1和续流二极管D1，输入端PV2+和输入端PV2-之间分别并联输入电容Cin2和续流二极管D2，输入端PV1-和输入端PV3-之间分别并联输入电容Cin3和续流二极管D3；所述输入端PV1+和输入端PV2-通过1个电感L1连接，输入端PV1-和输入端PV2+通过输出电容Cout1连接；所述输入端PV3+与输入端PV1-直接连接，光伏组件3连接的输入端PV3-串联一个电感L2，光伏组件3连接的输入端PV3+和输入端PV3-并联一输出电容Cout2；所述第二电力转换电路模块的输出端OUT+和输出端OUT-设有连接的旁路二极管D0，且输出端OUT-串接一个电流采样电路CS，所述功率MOS管开关S1/S2/S3分别依次串接于输入端PV1+、输入端PV2-以及输入端PV3-上；所述的电力转换电路模块中输入端PV1+和输入端PV2-之间设有直通电路装置1，所述输入端PV3-和输出端OUT-之间设有直通电路装置2；所述的输出电压电流采集电路分别与输出端OUT+和电流采样电路CS连接，所述的输入端PV1+、PV2+以及PV3+分别与输入电压采集电路和辅助供电电路连接，光伏组件1的正极连接的输入端PV1+和光伏组件2的负极连接的输入端PV2-通过1个电感L1连接，即两光伏组件的转换电路输入共用一个电感L1，同时两路输出共用电容Cout1，光伏组件3的正极连接的输入端PV3+与光伏组件1的负极连接的输入端PV1-直接连接，光伏组件3独立使用电感L2和输出电容Cout2。三路组件共用一个旁路二极管D0，共用一个电流采样电路CS，共用一个MCU控制器，共用一个通信电路，共用一个辅助供电电路，同时为了提高可靠性，直流优化器中采用了两个直通电路装置1/2，如图5，两个直通电路装置1放置在输入端PV1+和输入端PV2-之间，两个直通电路装置2放置在输入端PV3-和输入端OUT-之间，当优化器的控制系统发生故障失效时，直通电路装置1和直通电路装置2会自行连通，确保三路光伏组件能直接接入系统继续工作，减少发电损失，提高直流优化器的可靠性。
该种带直通装置的三体光伏发电直流优化器，可连接三个光伏板，而同时保持每个光伏板的最大功率点跟踪功能（MPPT）、数据的采集和传送以及保护关断。采用三路输入，其中两路共用功率电感和输出电容，三路共用一个旁路电路，共用一个电流采样电路，共用一个MCU控制器，共用一个通信电路，共用一个辅助供电电路，实现产品成本的降低。同时，采用了两个直通电路装置，在优化器的控制系统发生故障失效时，直通装置会自行连通，确保3路光伏组件能直接接入系统继续工作，减少发电损失，提高发电系统可靠性，同时该优化器主功率电路是以BUCK拓扑结构做的示意图说明，这里也适用其它拓扑，譬如，BOOST、BUCK-BOOST等等。

Claims (8)

1.一种带直通装置的三体光伏发电直流优化器，其特征在于：包括监测电路模块和电力转换电路模块，所述监控电路由输入电压采集电路、输出电压电流采集电路、辅助供电电路、MCU控制器、开关管驱动电路以及通信电路组成，所述MCU控制器分别与输入电压采集电路、输出电压电流采集电路、辅助供电电路、开关管驱动电路以及通信电路电连接，所述辅助供电电路的输出端分别与输入电压采集电路、输出电压电流采集电路、MCU控制器、开关管驱动电路、通信电路，所述辅助供电电路的输入端与电力转换电路模块连接，所述电力转换电路模块还分别与输入电压采集电路和输出电压电流采集电路连接；所述电力转换电路模块包括输入端PV1+/PV1-、输入端PV2+/PV2-、输入端PV3+/PV3-、输出端OUT+/OUT-、输入电容Cin1/Cin2/Cin3、电流采样电路CS、功率MOS管开关S1/S2/S3、电感L1/L2、旁路二极管D0、输出电容Cout1/Cout2、续流二极管D1/D2/D3以及直通电路装置1/2，所述输入端PV1+/PV1-、输入端PV2+/PV2-以及输入端PV3+/PV3-分别与光伏组件1、光伏组件2以及光伏组件3对应电连接。
2.根据权利要求1所述的一种带直通装置的三体光伏发电直流优化器，其特征在于：所述的电力转换电路模块为第一电力转换电路模块或第二电力转换电路模块。
3.根据权利要求1或2所述的一种带直通装置的三体光伏发电直流优化器，其特征在于：所述的第一电力转换电路模块中光伏组件1、2和3的输出端独立连接第一电力转换电路模块的输入端PV1+/PV1-、PV2+/PV2-和PV3+/PV3-；PV1+和输入端PV1-之间分别并联输入电容Cin1和续流二极管D1，输入端PV2+和输入端PV2-之间分别并联输入电容Cin2和续流二极管D2，输入端PV2+和输入端PV3+之间分别并联输入电容Cin3和续流二极管D3；所述输入端PV1+和输入端PV2-通过1个电感L1连接，输入端PV1-和输入端PV2+通过输出电容Cout1连接；所述输入端PV3-与输入端PV2+直接连接，光伏组件3连接的输入端PV3+串联一个电感L2，光伏组件3连接的输入端PV3+和输入端PV3-并联一输出电容Cout2；所述第一电力转换电路模块的输出端OUT+和输出端OUT-设有连接的旁路二极管D0，且输出端OUT-串接一个电流采样电路CS，所述功率MOS管开关S1/S2/S3分别依次串接于输入端PV1+、输入端PV2-以及输入端PV3+上。
4.根据权利要求1或2所述的一种带直通装置的三体光伏发电直流优化器，其特征在于：所述的第二电力转换电路模块中光伏组件1、2和3的输出端独立连接第一电力转换电路模块的输入端PV1+/PV1-、PV2+/PV2-和PV3+/PV3-，PV1+和输入端PV1-之间分别并联输入电容Cin1和续流二极管D1，输入端PV2+和输入端PV2-之间分别并联输入电容Cin2和续流二极管D2，输入端PV1-和输入端PV3-之间分别并联输入电容Cin3和续流二极管D3；所述输入端PV1+和输入端PV2-通过1个电感L1连接，输入端PV1-和输入端PV2+通过输出电容Cout1连接；所述输入端PV3+与输入端PV1-直接连接，光伏组件3连接的输入端PV3-串联一个电感L2，光伏组件3连接的输入端PV3+和输入端PV3-并联一输出电容Cout2；所述第二电力转换电路模块的输出端OUT+和输出端OUT-设有连接的旁路二极管D0，且输出端OUT-串接一个电流采样电路CS，所述功率MOS管开关S1/S2/S3分别依次串接于输入端PV1+、输入端PV2-以及输入端PV3-上。
5.根据权利要求1或2所述的一种带直通装置的三体光伏发电直流优化器，其特征在于：所述的第一电力转换电路模块中的输入端PV1+和输入端PV2-之间设有直通电路装置1，所述输入端PV3+和输出端OUT+之间设有直通电路装置2。
6.根据权利要求1或2所述的一种带直通装置的三体光伏发电直流优化器，其特征在于：所述的第二电力转换电路模块中输入端PV1+和输入端PV2-之间设有直通电路装置1，所述输入端PV3-和输出端OUT-之间设有直通电路装置2。
7.根据权利要求1所述的一种带直通装置的三体光伏发电直流优化器，其特征在于：所述的输出电压电流采集电路分别与输出端OUT+和电流采样电路CS连接。
8.根据权利要求1所述的一种带直通装置的三体光伏发电直流优化器，其特征在于：所述的输入端PV1+、PV2+以及PV3+分别与输入电压采集电路和辅助供电电路连接。
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