CN107223308A - 基于光伏均衡器的光伏发电系统及光伏发电装置 - Google Patents

基于光伏均衡器的光伏发电系统及光伏发电装置 Download PDF

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CN107223308A CN201680002647.5A CN201680002647A CN107223308A CN 107223308 A CN107223308 A CN 107223308A CN 201680002647 A CN201680002647 A CN 201680002647A CN 107223308 A CN107223308 A CN 107223308A
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Abstract

一种基于光伏均衡器的光伏发电系统(100)，包括至少一个光伏发电子系统(110)，光伏发电子系统(110)包括光伏逆变器(111)以及与光伏逆变器(111)电连接的至少一个光伏组串(112)，光伏组串(112)包括N个光伏组件和M个光伏均衡器，N个光伏组件串联连接，相邻的至少一个光伏组件形成1个光伏组件子集合，相邻的两个光伏组件子集合形成一个光伏组件集合，每个光伏均衡器与一个光伏组件集合并联连接，光伏均衡器用于实现N个光伏组件的输出功率均衡控制。还公开一种光伏发电装置。可以消除光伏组件串联所导致的木桶效应，提高系统发电量。

Description

基于光伏均衡器的光伏发电系统及光伏发电装置
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种基于光伏均衡器的光伏发电系统及光伏发电装置。
背景技术
光伏发电系统中，光伏组件把太阳的光能转换为间歇性、变化的直流电，通过光伏组件的串并联提高电压、增大电流，同时通过汇流箱、配电柜等实现电气连接功能，光伏逆变器把这种随机变化的直流电转换为与公用电网相同频率、相位的交流电，并且光伏逆变器具有MPPT(Maximum Power Point Tracking，最大功率点跟踪)功能，可以通过内部软件算法自动寻找光伏组串、或光伏阵列的最大功率点。
典型大型荒漠地面及大型屋顶太阳能光伏电站一般采用集中式逆变器构成的光伏发电系统，如图1所示，上述集中式逆变器构成的光伏发电系统主要由太阳能光伏电池组件、汇流箱、交直流配电柜、光伏逆变器及升压变压器组成，可以方便实现10kV/35kV中压并网。其中，多个光伏组件串联构成光伏组串，再由多个光伏组串并联构成光伏阵列，从而得到较高的直流电压与直流功率，然后共用一台集中型逆变器实现并网发电。然而，这种系统架构具有明显的缺点，若多个串联的光伏组件中其中某个组件的电流减小，会直接导致这串整个光伏组串的总电流减小，这种现象称为木桶效应，木桶效应会导致整个光伏组串的输出功率降低。
分布式光伏发电系统的发展促使光伏发电靠近负载端，从而减小输配电的传导损耗。分布式光伏电站一般建在中、大型工商业厂房以及个人家庭屋顶，主要使用组串式逆变器，而无需汇流箱、直流配电柜，如图2所示。分布式光伏发电系统带来的主要问题是并机台数过多后增大并网点的电流谐波，同时容易导致并网谐振问题。组串式系统中光伏组件串联构成光伏组串，每个光伏组串通过组串式逆变器内部各自独立的DC/DC变换器升压后，再共用组串式逆变器内部的同一套逆变电路实现并网发电，因此这种系统架构具有多路MPPT功能，部分改进了集中式系统单路MPPT存在的多个组串并联时的失配缺陷。但是，组串式系统内部仍然存在多个光伏组件串联带来的木桶效应问题，比如多个串联的光伏组件中其中某个组件的电流减小，会直接导致这路光伏组串的总电流减小，从而导致整个组串的输出功率降低。
为了消除集中式、组串式系统的木桶效应，近年来提出了功率优化器的概念，从而构成了含有功率优化器的光伏发电系统，如图3所示。这个系统主要在集中式、组串式光伏发电系统的基础上增加了功率优化器这个部件，带来的直接好处是消除了集中式、组串式系统的木桶效应。由于每块光伏组件的背面均安装有一个功率优化器，从而无需把光伏组件直接串联构成光伏组串、而是把功率优化器的输出端首尾串联或并联，因此可以实现组件级、或分布式MPPT功能。但是所造成的缺点显而易见，主要是增加了部件会提升系统价格、增加系统损耗。功率优化器会使当前系统价格上升6～7.5％；同时其工作效率大约为95～98％，由于功率优化器在光伏系统发电时始终保持运行，从而系统将增多2～5％的功率损耗。
近年来提出的微型逆变器光伏发电系统的概念也可以消除集中式、组串式系统的木桶效应，如图4所示。这个系统完全不同于集中式、组串式、及含有功率优化器的光伏发电系统，无需把光伏组件直接串联构成光伏组串，而在每块光伏组件的背面安装一个独立的微型逆变器，因此可以实现组件级、或分布式MPPT功能，带来的直接好处是消除了集中式、组串式系统由于组件串联导致的木桶效应。光伏组件直流电压一般为30～36V、而电网交流电压为110～220V，所以微型逆变器内部通常为两级结构，第一级实现直流升压功能、第二级完成DC/AC交流逆变功能，两级结构造成的问题非常显而易见：一方面微型逆变器的工作效率一般为95～96％，从而导致光伏发电系统额外的4～5％功耗；另一方面内部器件繁多、控制复杂，其价格远远高于集成式、组串式系统结构，也高于含有功率优化器的系统价格。
发明内容
鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明实施例提供一种基于光伏均衡器的光伏发电系统及光伏发电装置，通过重新构造光伏发电技术的系统架构，以消除光伏组件串联结构中容易出现的木桶效应问题，并且提升光伏发电系统的发电量和工作效率，同时降低系统成本。
本发明实施例第一方面公开一种基于光伏均衡器的光伏发电系统，包括至少一个光伏发电子系统；
其中，所述光伏发电子系统包括：光伏逆变器、以及与所述光伏逆变器电连接的至少一个光伏组串；
其中，所述光伏组串包括N个光伏组件和M个光伏均衡器，所述N为大于或等于3的整数，所述M为小于N正整数；所述N个光伏组件串联连接，相邻的至少一个光伏组件形成1个光伏组件子集合，所述N个光伏组件形成M+1个子集合，相邻的两个光伏组件子集合形成一个光伏组件集合，每个光伏均衡器与一个光伏组件集合并联连接；相邻的光伏组件集合包括一个相同的光伏组件子集合，每个光伏组件子集合中的光伏组件的功率之和相同；所述光伏均衡器用于实现所述N个光伏组件的输出功率均衡控制；
所述N个光伏组件输出的直流电压串联叠加后形成总输出直流电压，所述总输出直流电压连接至所述光伏逆变器，并通过所述光伏逆变器转换为正弦波交流电压并入电网或输出至交流负载。
进一步可选的，当光伏组件集合中包括第一光伏组件和第二光伏组件，光伏均衡器包括第一功率开关管、第二功率开关管、第一二极管和第二二极管，电感时，
所述第一功率开关管和所述第一二极管并联连接形成的第一端口与所述第一光伏组件的第一端口连接，所述第一功率开关管和所述第一二极管并联连接形成的第二端口与所述电感的第一端口、所述第二功率开关管和所述第二二极管并联连接形成的第一端口连接，所述电感的第二端口与所述第一光伏组件的第二端口、所述第二光伏组件的第一端口连接，所述第二功率开关管和所述第二二极管并联连接形成的第二端口与所述第二光伏组件的第二端口连接。
进一步可选的，当光伏组件集合中包括第一光伏组件和第二光伏组件，光伏均衡器包括第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一电容时，
所述第一功率开关管和所述第一二极管并联连接形成的第一端口与所述第一光伏组件的第一端口连接，所述第一功率开关管和所述第一二极管并联连接形成的第二端口与所述第二功率开关管和所述第二二极管并联连接形成的第一端口、所述第一电容的第一端口连接，所述第二功率开关管和所述第二二极管并联连接形成的第二端口与所述第一光伏组件的第二端口、所述第三功率开关管和所述第三二极管并联连接形成的第一端口、所述第二光伏组件的第一端口连接，所述第三功率开关管和所述第三二极管并联连接形成的第二端口与所述第四功率开关管和所述第四二极管并联连接形成的第一端口、所述第一电容的第二端口连接，所述第四功率开关管和所述第四二极管并联连接形成的第二端口与所述第二光伏组件的第二端口连接。
进一步可选的，当光伏组件集合中包括第一光伏组件和第二光伏组件，光伏均衡器包括第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、电感、第一电容时，
所述第一功率开关管和所述第一二极管并联连接形成的第一端口与所述第一光伏组件的第一端口连接，所述第一功率开关管和所述第一二极管并联连接形成的第二端口与所述第二功率开关管和所述第二二极管并联连接形成的第一端口、所述第一电容的第一端口连接，所述第二功率开关管和所述第二二极管并联连接形成的第二端口与所述第一光伏组件的第二端口、所述第三功率开关管和所述第三二极管并联连接形成的第一端口、所述第二光伏组件的第一端口连接，所述第一电容的第二端口与所述电感的第一端口连接，所述电感的第二端口与所述第三功率开关管和所述第三二极管并联连接形成的第二端口、所述第四功率开关管和所述第四二极管并联连接形成的第一端口连接，所述第四功率开关管和所述第四二极管并联连接形成的第二端口与所述第二光伏组件的第二端口连接。
进一步可选的，当光伏组件集合中包括第一光伏组件和第二光伏组件，光伏均衡器包括第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管，
所述第一功率开关管和所述第一二极管并联连接形成的第一端口与所述光伏逆变器的输出端口连接，所述第一功率开关管和所述第一二极管并联连接形成的第二端口与第一电感的第一端口、所述第二功率开关管和所述第二二极管并联连接形成的第一端口连接，所述第一电感的第二端口与所述第一光伏组件的第二端口、所述第二光伏组件的第一端口连接，所述第二功率开关管和所述第二二极管并联连接形成的第二端口与所述光伏逆变器的输入端口连接；所述第三功率开关管和所述第三二极管并联连接形成的第一端口与所述光伏逆变器的输出端口连接，所述第三功率开关管和所述第三二极管并联连接形成的第二端口与第二电感的第一端口、所述第四功率开关管和所述第四二极管并联连接形成的第一端口连接，所述第二电感的第二端口与所述第二光伏组件的第二端口连接，所述第四功率开关管和所述第四二二极管并联连接形成的第二端口与所述光伏逆变器的输入端口连接。
进一步可选的，当光伏组件集合中包括第一光伏组件和第二光伏组件，光伏均衡器包括第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一隔离变压器以及第二隔离变压器时，
所述第一隔离变压器的第一端口与所述第一光伏组件的第一端口连接，所述第一隔离变压器的第二端口与所述第一功率开关管和所述第一二极管并联连接形成的第一端口连接，所述第一功率开关管和所述第一二极管并联连接形成的第二端口与所述第一光伏组件的第二端口连接，所述第一隔离变压器的第三端口与所述光伏逆变器的输出端口连接，所述第一隔离变压器的第四端口与所述第二功率开关管和所述第二二极管并联连接形成的第一端口连接，所述第二功率开关管和所述第二二极管并联连接形成的第二端口连接所述光伏逆变器的输入端口；
所述第二隔离变压器的第一端口与所述第二光伏组件的第一端口、所述第一光伏组件的第二端口连接，所述第二隔离变压器的第二端口与所述第三功率开关管和所述第三二极管并联连接形成的第一端口连接，所述第三功率开关管和所述第三二极管并联连接形成的第二端口与所述第二光伏组件的第二端口连接，所述第二隔离变压器的第三端口与所述光伏逆变器的输出端口连接，所述第二隔离变压器的第四端口与所述第四功率开关管和所述第四二极管并联连接形成的第一端口连接，所述第四功率开关管和所述第四二极管并联连接形成的第二端口连接所述光伏逆变器的输入端口。
进一步可选的，当光伏组件集合中包括第一光伏组件和第二光伏组件，光伏均衡器包括第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一隔离变压器以及第二隔离变压器时，
所述第一隔离变压器的第一端口与所述第一光伏组件的第一端口连接，所述第一隔离变压器的第二端口与所述第一功率开关管和所述第一二极管并联连接形成的第一端口连接，所述第一功率开关管和所述第一二极管并联连接形成的第二端口与所述第一光伏组件的第二端口连接，所述第一隔离变压器的第三端口与所述第二隔离变压器的第三端口连接，所述第一隔离变压器的第四端口与所述第二功率开关管和所述第二二极管并联连接形成的第一端口连接；
所述第二隔离变压器的第一端口与所述第二光伏组件的第一端口、所述第一光伏组件的第二端口连接，所述第二隔离变压器的第二端口与所述第三功率开关管和所述第三二极管并联连接形成的第一端口连接，所述第三功率开关管和所述第三二极管并联连接形成的第二端口与所述第二光伏组件的第二端口连接，所述第二隔离变压器的第四端口与所述第四功率开关管和所述第四二极管并联连接形成的第一端口连接，所述第二功率开关管和所述第二二极管并联连接形成的第二端口与所述光伏逆变器的输入端口所述第四功率开关管和所述第四二极管并联连接形成的第二端口连接。
进一步可选的，当光伏组件集合中包括第一光伏组件和第二光伏组件，光伏均衡器包括第一功率开关管、第二功率开关管、第一二极管、第二二极管、第一隔离变压器以及第二隔离变压器时，
所述第一隔离变压器的第一端口与所述第一光伏组件的第一端口连接，所述第一隔离变压器的第二端口与所述第一功率开关管和所述第一二极管并联连接形成的第一端口连接，所述第一功率开关管和所述第一二极管并联连接形成的第二端口与所述第一光伏组件的第二端口连接；
所述第二隔离变压器的第一端口与所述第二光伏组件的第一端口、所述第一光伏组件的第二端口连接，所述第二隔离变压器的第二端口与所述第二功率开关管和所述第二二极管并联连接形成的第一端口连接，所述第二功率开关管和所述第二二极管并联连接形成的第二端口与所述第二光伏组件的第二端口连接，所述第一隔离变压器的第三端口与所述第二隔离变压器的第三端口连接，所述第一隔离变压器的第四端口与所述第二隔离变压器的第四端口连接。
进一步可选的，所述光伏均衡器包括通讯监测控模块，用于监测与所述光伏均衡器并联的N个光伏组件的工作状态以及实现所述N个光伏组件与电网或交流负载的通讯。
进一步可选的，所述光伏组件集合还包括第二电容、第三电容，用于实现为所述第一光伏组件、第二光伏组件输出的直流电压、电流的滤波，其中，所述第二电容与所述第一光伏组件并联连接，所述第三电容与所述第二光伏组件并联连接。
本发明实施例第二方面公开一种光伏发电装置，其特征在于，包括本发明实施例第一方面公开的一种基于光伏均衡器的光伏发电系统。
进一步可选的，所述光伏发电装置为光伏并网发电装置、光伏离网发电装置或者光伏储能发电装置。
本发明实施例中，所述基于光伏均衡器的光伏发电系统通过设置与至少两个相邻的光伏组件并联的光伏均衡器，实现所述N个光伏组件的输出功率均衡控制，从而可消除光伏组件串联所导致的木桶效应，提高光伏发电系统的发电量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中集中式逆变器构成光伏发电系统的结构示意图；
图2是现有技术中组串式逆变器构成分布式光伏发电系统的结构示意图；
图3是现有技术中含有功率优化器的光伏发电系统的结构示意图；
图4是现有技术中微型逆变器构成光伏发电系统的结构示意图；
图5是本发明第一实施例提供的一种基于光伏均衡器的光伏发电系统的整体结构示意图；
图6是本发明第二实施例提供的一种基于光伏均衡器的光伏发电系统的光伏均衡器的拓扑结构示意图；
图7是本发明第三实施例提供的一种基于光伏均衡器的光伏发电系统的接线示意图；
图7-1为本发明第三实施例提供的双向Buck-Boost变换器连接相邻节点光伏均衡器的PWM软件控制策略示意图；
图8是本发明第四实施例提供的一种基于光伏均衡器的光伏发电系统的接线示意图；
图9是本发明第五实施例提供的一种基于光伏均衡器的光伏发电系统的接线示意图；
图10是本发明第六实施例提供的一种基于光伏均衡器的光伏发电系统的接线示意图；
图11是本发明第七实施例提供的一种基于光伏均衡器的光伏发电系统的接线示意图；
图12是本发明第八实施例提供的一种基于光伏均衡器的光伏发电系统的接线示意图；
图13是本发明第九实施例提供的一种基于光伏均衡器的光伏发电系统的接线示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
请参阅图5，图5是本发明第一实施例提供的一种基于光伏均衡器的光伏发电系统的整体结构示意图，如图5所示，本发明实施例中的基于光伏均衡器的光伏发电系统100，包括至少一个光伏发电子系统110；其中，所述光伏发电子系统包括：光伏逆变器111、以及与所述光伏逆变器电连接的至少一个光伏组串112；
其中，所述光伏组串包括N个光伏组件和M个光伏均衡器，所述N为大于或等于3的整数，所述M为小于N正整数；所述N个光伏组件串联连接，相邻的至少一个光伏组件形成1个光伏组件子集合，所述N个光伏组件形成M+1个子集合，相邻的两个光伏组件子集合形成一个光伏组件集合，每个光伏均衡器与一个光伏组件集合并联连接；相邻的光伏组件集合包括一个相同的光伏组件子集合，每个光伏组件子集合中的光伏组件的功率之和相同；所述光伏均衡器用于实现所述N个光伏组件的输出功率均衡控制；
所述N个光伏组件输出的直流电压串联叠加后形成总输出直流电压，所述总输出直流电压输入至所述光伏逆变器，并通过所述光伏逆变器转换为正弦波交流电压并入电网或输出至交流负载。
可以理解的，基于光伏均衡器的光伏发电系统中，既可以是每两块光伏组件对应安装有一个光伏均衡器，也可以是三块或多块光伏组件串联后对应安装有一个光伏均衡器，当在三块或多块光伏组件串联后对应安装有一个光伏均衡器这种情况下时，三块或多块光伏组件串联后可以等效为两个光伏组件串联，以使两个光伏组件的功率相同，例如，存在光伏组件PV1、PV2、PV3、PV4，当PV1、PV2的功率之和与PV3的功率、PV4的功率相同时，那么就可以在PV1、PV2、PV3串联后连接一个光伏均衡器、PV3、PV4串联后并联一个光伏均衡器，此时PV1、PV2形成一个光伏组件子集合，PV3单独形成一个光伏组件子集合，PV4单独形成一个光伏组件子集合，PV1、PV2以及PV3形成一个光伏组件集合后并连一个光伏均衡器，PV3、PV4形成一个光伏组件集合后并连一个光伏均衡器，上述两个光伏组件集合中包括相同的光伏组价子集合PV3，且每个子集合的功率必须保证相同。同时光伏组件内部的电池片也可以使用光伏均衡器。多个光伏组件首尾串联构成光伏组串，光伏均衡器与光伏组件之间为并联连接，同时光伏均衡器可以集成于、或外置在光伏接线盒的内部、或外部，无需改变光伏发电系统架构而实现自动功率均衡控制。光伏均衡器内部的功率变换电路仅处理光伏组件的部分输出功率，拓扑结构可以为双向Buck-Boost变换器连接相邻节点、开关电容变换器连接相邻节点、谐振开关电容变换器连接相邻节点，也可以是双向Buck-Boost变换器连接直流母线、双向隔离型DC/DC变换器连接直流母线，同时也可以是双向隔离型DC/DC变换器连接直流均衡母线、双向隔离型功率变换器连接交流均衡母线等不同形式。光伏均衡器具有控制功能，根据实际应用需要，可以包含组件级MPPT跟踪技术，也可以无需集成MPPT、而只实现功率均衡功能。光伏均衡器内部也可以含有通讯监控功能，采集各自光伏组件的电压、电流、功率、温度等电量信息，完成所需的对外通讯、工作状态上报与监测、控制指令的上传与下发、状态采集、及计算处理等，所采用的通讯方式既可以是有线连接、也可以是无线连接，从而实现光伏组件的智能化监测。多个光伏组串接入光伏逆变器中，把光伏组串的直流电转换成正弦波交流电输出，多台光伏逆变器的输出进入交流配电柜后接入交流电网实现并网发电。
可以看出，所述基于光伏均衡器的光伏发电系统通过设置与至少两个相邻的光伏组件并联的光伏均衡器，实现至少三个光伏组件的输出功率均衡控制，从而可消除光伏组件串联所导致的木桶效应，提高光伏发电系统的发电量。
请参阅图6，图6是本发明第二实施例提供的一种基于光伏均衡器的光伏发电系统的光伏均衡器的拓扑结构示意图，如图6所示，本发明实施例中的光伏发电系统，包含有n个光伏组件的光伏发电系统，只要使用(n-1)个光伏均衡器。光伏组件PV1、PV2对应光伏均衡器1，PV2、PV3对应光伏均衡器2，PV3、PV4对应光伏均衡器3，PV(n-1)、PVn对应光伏均衡器(n-1)。各个光伏均衡器之间、及光伏均衡器与光伏逆变器之间无需任何控制信号与控制线，每个光伏均衡器实现自动功率均衡控制。光伏均衡器与光伏组件之间为并联连接，多个光伏组件首尾串联构成光伏组串，多个光伏组串接入多路直流输入光伏逆变器的某一路直流输入，从而把光伏组串的直流电转换成正弦波交流电输出并且接入交流电网后实现并网发电。这种包含光伏均衡器的光伏发电系统中，既可以是每两块光伏组件对应安装有一个独立的光伏均衡器，也可以是两块、三块、或多块光伏组件串联后对应安装有一个独立的光伏均衡器，但每个光伏均衡器对应的组件数量必须相同，从而可以灵活实现系统最优的性价比。另外，光伏均衡器的内部功率拓扑可采用交错并联方式工作，也可在采用交错并联方式工作同时使用耦合电感结构。由于光伏组件内部由多个电池片串并联构成，因而内部的子串也可以采用以上均衡器技术。
可以看出，所述基于光伏均衡器的光伏发电系统通过设置与至少两个相邻的光伏组件并联的光伏均衡器，实现至少三个光伏组件的输出功率均衡控制，从而可消除光伏组件串联所导致的木桶效应，提高光伏发电系统的发电量。
请参阅图7，图7是本发明第三实施例提供的一种基于光伏均衡器的光伏发电系统的接线示意图，如图7所示，本发明实施例中，当光伏组件集合中包括第一光伏组件PV1和第二光伏组件PV2，光伏均衡器包括第一功率开关管S1、第二功率开关管S2、第一二极管D1和第二二极管D2，电感L1时，
所述第一功率开关管S1和所述第一二极管D1并联连接形成的第一端口与所述第一光伏组件PV1的第一端口连接，所述第一功率开关管S1和所述第一二极管D1并联连接形成的第二端口与所述电感的第一端口、所述第二功率开关管S2和所述第二二极管D2并联连接形成的第一端口连接，所述电感的第二端口与所述第一光伏组件PV1的第二端口、所述第二光伏组件PV2的第一端口连接，所述第二功率开关管S2和所述第二二极管D2并联连接形成的第二端口与所述第二光伏组件PV2的第二端口连接。
可选的，所述光伏均衡器包括通讯监测控模块，用于监测与所述光伏均衡器并联的N个光伏组件的工作状态以及实现所述N个光伏组件与电网或交流负载的通讯。
可选的，所述光伏组件集合还包括第二电容Ci1、第三电容Ci2，用于实现为所述第一光伏组件PV1、第二光伏组件PV2输出的直流电压、电流的滤波，其中，所述第二电容Ci1与所述第一光伏组件PV1并联连接，所述第三电容Ci2与所述第二光伏组件PV2并联连接。
具体地，本发明实施例中的光伏均衡器为双向Buck-Boost变换器连接相邻节点的光伏均衡器，在本发明实施例中的光伏发电系统使用五块光伏组件PV1、PV2、PV3、PV4、PV5，因而可以使用四个光伏均衡器，光伏均衡器连接到相邻光伏组件的节点上。光伏均衡器内部的功率变换电路采用双向Buck-Boost变换器，光伏组件PV1、PV2分别经过电容Ci1、Ci2滤波后对应一个双向Buck-Boost变换器，由功率开关管S1、S2、体二极管D1、D2、及储能电感器L1构成，功率开关管S1、S2及其体二极管D1、D2可以实现均衡功率的双向流动，并且这个变换器仅处理PV1、PV2输出的部分功率；PV2、PV3分别经过电容Ci2、Ci3滤波后对应一个双向Buck-Boost变换器，由功率开关管S3、S4、体二极管D3、D4、及储能电感器L2构成，功率开关管S3、S4及其体二极管D3、D4可以实现均衡功率的双向流动，并且这个变换器仅处理PV2、PV3输出的部分功率；PV3、PV4分别经过电容Ci3、Ci4滤波后对应一个双向Buck-Boost变换器，由功率开关管S5、S6、体二极管D5、D6、及储能电感器L3构成，功率开关管S5、S6及其体二极管D5、D6可以实现均衡功率的双向流动，并且这个变换器仅处理PV3、PV4输出的部分功率；PV4、PV5分别经过电容Ci4、Ci5滤波后对应一个双向Buck-Boost变换器，由功率开关管S7、S8、体二极管D7、D8、及储能电感器L4构成，功率开关管S7、S8及其体二极管D7、D8可以实现均衡功率的双向流动，并且这个变换器仅处理PV4、PV5输出的部分功率。各个光伏均衡器之间、及光伏均衡器与光伏逆变器之间无需任何控制信号与控制线，整个光伏发电系统无需集中控制器而实现自动功率均衡控制。光伏均衡器与光伏组件之间为并联架构，多个光伏组件首尾串联构成光伏组串，多个光伏组串接入光伏逆变器中，从而把光伏组串的直流电转换成正弦波交流电输出并且接入交流电网后实现并网发电。
请参阅图7-1，图7-1为本发明第三实施例提供的双向Buck-Boost变换器连接相邻节点光伏均衡器的PWM软件控制策略示意图，光伏均衡器连接到相邻光伏组件的节点上，光伏均衡器内部的功率变换电路采用双向Buck-Boost变换器，光伏组件PV1、PV2分别经过电容Ci1、Ci2滤波后对应一个双向Buck-Boost变换器，由功率开关管S1、S2、体二极管D1、D2、及储能电感器L1构成，功率开关管S1、S2及其体二极管D1、D2可以实现均衡功率的双向流动，并且这个变换器仅处理PV1、PV2输出的部分功率。同时，电阻R1、R2、R3构成直流电压采样电路，因而可以计算得出两个比较器的迟滞电压VH、VL、及中点参考电压Vm＝(V1+V2)/2，其中，V1、V2分别为光伏组件PV1、PV2的直流电压。比较器1、2的输出信号进入控制器，从而得到功率开关管S1、S2的PWM驱动信号。如果光伏组件PV1受到阴影遮挡、提前老化、或灰尘积雪等导致输出电流减小时，由于受到光伏逆变器的统一MPPT跟踪控制，PV1的直流电压就会降低，从而中点参考电压Vm也会降低，一旦低于迟滞电压VL，比较器1的输出电平将会翻转，由于双向Buck-Boost变换器的电压均衡作用，PV2的输出功率将部分转向给PV1，从而实现PV1、PV2直流电压均衡控制的目的。如果PV2受到阴影遮挡、提前老化、或灰尘积雪等导致输出功率减小，PV1也可以实现部分功率补偿，作用原理与前述相同，最终也可实现PV1、PV2直流电压的均衡控制。如果PV1、PV2输出功率相似情况下，控制器可以关闭功率开关管S1、S2的PWM驱动信号，从而光伏均衡器处于低功耗的待机状态，降低了整个光伏发电系统的工作损耗。同时，这个控制器可以根据实际应用需要，灵活实现组件级MPPT功能，MPPT的技术方式可以是扰动观测法、增量导纳法、或各种先进的跟踪方式等，控制器也可无需集成MPPT技术、只单纯实现功率均衡功能。另外，光伏均衡器内部含有通讯监控模块，可采集各自光伏组件的电压、电流、功率、温度等电量信息，并完成所需的对外通讯、工作状态上报与监测、控制指令的上传与下发、状态采集、及计算处理等，所采用的通讯方式既可以是有线连接、也可以是无线连接，如RS232、RS485、WIFI、蓝牙、射频RF、或PLC电力线载波通讯等，从而实现光伏组件的智能化监测。
可以看出，所述基于光伏均衡器的光伏发电系统通过设置与至少两个相邻的光伏组件并联的光伏均衡器，实现至少三个光伏组件的输出功率均衡控制，从而可消除光伏组件串联所导致的木桶效应，提高光伏发电系统的发电量。
请参阅图8，图8是本发明第四实施例提供的一种基于光伏均衡器的光伏发电系统的接线示意图，如图8所示，本发明实施例中，当光伏组件集合中包括第一光伏组件PV1和第二光伏组件PV2，光伏均衡器包括第一功率开关管S1、第二功率开关管S2、第三功率开关管S3、第四功率开关管S4、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一电容C1时，
所述第一功率开关管S1和所述第一二极管D1并联连接形成的第一端口与所述第一光伏组件PV1的第一端口连接，所述第一功率开关管S1和所述第一二极管D1并联连接形成的第二端口与所述第二功率开关管S2和所述第二二极管D2并联连接形成的第一端口、所述第一电容C1的第一端口连接，所述第二功率开关管S2和所述第二二极管D2并联连接形成的第二端口与所述第一光伏组件PV1的第二端口、所述第三功率开关管S3和所述第三二极管D3并联连接形成的第一端口、所述第二光伏组件PV2的第一端口连接，所述第三功率开关管S3和所述第三二极管D3并联连接形成的第二端口与所述第四功率开关管S4和所述第四二极管D4并联连接形成的第一端口、所述第一电容C1的第二端口连接，所述第四功率开关管S4和所述第四二极管D4并联连接形成的第二端口与所述第二光伏组件PV2的第二端口连接。
可选的，所述光伏均衡器包括通讯监测控模块，用于监测与所述光伏均衡器并联的N个光伏组件的工作状态以及实现所述N个光伏组件与电网或交流负载的通讯。
可选的，所述光伏组件集合还包括第二电容Ci1、第三电容Ci2，用于实现为所述第一光伏组件PV1、第二光伏组件PV2输出的直流电压、电流的滤波，其中，所述第二电容Ci1与所述第一光伏组件PV1并联连接，所述第三电容Ci2与所述第二光伏组件PV2并联连接。
具体地，本发明实施例中的光伏均衡器为一种开关电容变换器连接相邻节点的光伏均衡器，光伏发电系统使用三块光伏组件PV1、PV2、PV3，因而使用两个光伏均衡器，光伏均衡器连接到相邻光伏组件的节点上。光伏均衡器内部的功率变换电路采用开关电容变换器，光伏组件PV1、PV2分别经过电容Ci1、Ci2滤波后对应一个开关电容变换器，由功率开关管S1、S2、S3、S4、体二极管D1、D2、D3、D4、及储能电容器C1构成，功率开关管S1、S2、S3、S4及其体二极管D1、D2、D3、D4可以实现均衡功率的双向流动，C1实现能量暂存功能，并且这个变换器仅处理PV1、PV2输出的部分功率；PV2、PV3分别经过电容Ci2、Ci3滤波后对应另一个开关电容变换器，由功率开关管S5、S6、S7、S8、体二极管D5、D6、D7、D8、及储能电容器C2构成，功率开关管S5、S6、S7、S8及其体二极管D5、D6、D7、D8可以实现均衡功率的双向流动，C2实现能量暂存功能，并且这个变换器仅处理PV2、PV3输出的部分功率。两个光伏均衡器之间、及光伏均衡器与光伏逆变器之间无需任何控制信号与控制线，整个光伏发电系统无需集中控制器而实现自动功率均衡控制。光伏均衡器与光伏组件之间为并联架构，多个光伏组件首尾串联构成光伏组串，多个光伏组串接入光伏逆变器中，从而把光伏组串的直流电转换成正弦波交流电输出并且接入交流电网后实现并网发电。
可以看出，所述基于光伏均衡器的光伏发电系统通过设置与至少两个相邻的光伏组件并联的光伏均衡器，实现至少三个光伏组件的输出功率均衡控制，从而可消除光伏组件串联所导致的木桶效应，提高光伏发电系统的发电量。
请参阅图9，图9是本发明第五实施例提供的一种基于光伏均衡器的光伏发电系统的接线示意图，如图9所示，本发明实施例中，当光伏组件集合中包括第一光伏组件PV1和第二光伏组件PV2，光伏均衡器包括第一功率开关管S1、第二功率开关管S2、第三功率开关管S3、第四功率开关管S4、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、电感Lr1、第一电容Cr1时，
所述第一功率开关管S1和所述第一二极管D1并联连接形成的第一端口与所述第一光伏组件PV1的第一端口连接，所述第一功率开关管S1和所述第一二极管D1并联连接形成的第二端口与所述第二功率开关管S2和所述第二二极管D2并联连接形成的第一端口、所述第一电容Cr1的第一端口连接，所述第二功率开关管S2和所述第二二极管D2并联连接形成的第二端口与所述第一光伏组件PV1的第二端口、所述第三功率开关管S3和所述第三二极管D3并联连接形成的第一端口、所述第二光伏组件PV2的第一端口连接，所述第一电容Cr1的第二端口与所述电感Lr1的第一端口连接，所述电感Lr1的第二端口与所述第三功率开关管S3和所述第三二极管D3并联连接形成的第二端口、所述第四功率开关管S4和所述第四二极管D4并联连接形成的第一端口连接，所述第四功率开关管S4和所述第四二极管D4并联连接形成的第二端口与所述第二光伏组件PV2的第二端口连接。
可选的，所述光伏均衡器包括通讯监测控模块，用于监测与所述光伏均衡器并联的N个光伏组件的工作状态以及实现所述N个光伏组件与电网或交流负载的通讯。
可选的，所述光伏组件集合还包括第二电容Ci1、第三电容Ci2，用于实现为所述第一光伏组件PV1、第二光伏组件PV2输出的直流电压、电流的滤波，其中，所述第二电容Ci1与所述第一光伏组件PV1并联连接，所述第三电容Ci2与所述第二光伏组件PV2并联连接。
可以理解的，本发明实施例中的光伏均衡器为一种谐振开关电容变换器连接相邻节点的光伏均衡器，如图9所示，光伏发电系统使用三块光伏组件，因而使用两个光伏均衡器，光伏均衡器连接到相邻光伏组件的节点上。光伏均衡器内部的功率变换电路采用谐振开关电容变换器，光伏组件PV1、PV2分别经过电容Ci1、Ci2滤波后对应一个谐振开关电容变换器，由功率开关管S1、S2、S3、S4、体二极管D1、D2、D3、D4、及谐振电感器Lr1与谐振电容器Cr1构成，功率开关管S1、S2、S3、S4及其体二极管D1、D2、D3、D4可以实现均衡功率的双向流动，Lr1、Cr1构成谐振电路实现软开关工作，并且这个变换器仅处理PV1、PV2输出的部分功率；PV2、PV3分别经过电容Ci2、Ci3滤波后对应另一个谐振开关电容变换器，由功率开关管S5、S6、S7、S8、体二极管D5、D6、D7、D8、及谐振电感器Lr2与谐振电容器Cr2构成，功率开关管S5、S6、S7、S8及其体二极管D5、D6、D7、D8可以实现均衡功率的双向流动，Lr2、Cr2构成谐振电路实现软开关工作，并且这个变换器仅处理PV2、PV3输出的部分功率。两个光伏均衡器之间、及光伏均衡器与光伏逆变器之间无需任何控制信号与控制线，整个光伏发电系统无需集中控制器而实现自动功率均衡控制。光伏均衡器与光伏组件之间为并联架构，多个光伏组件首尾串联构成光伏组串，多个光伏组串接入光伏逆变器中，从而把光伏组串的直流电转换成正弦波交流电输出并且接入交流电网后实现并网发电。
可以看出，所述基于光伏均衡器的光伏发电系统通过设置与至少两个相邻的光伏组件并联的光伏均衡器，实现至少三个光伏组件的输出功率均衡控制，从而可消除光伏组件串联所导致的木桶效应，提高光伏发电系统的发电量。
请参阅图10，图10是本发明第六实施例提供的一种基于光伏均衡器的光伏发电系统的接线示意图，如图10所示，本发明实施例中，当光伏组件集合中包括第一光伏组件PV1和第二光伏组件PV2，光伏均衡器包括第一功率开关管S11、第二功率开关管S12、第三功率开关管S21、第四功率开关管S22、第一二极管D11、第二二极管D12、第三二极管D21、第四二极管D22、第一电感L1、第二电感L2时，
所述第一功率开关管S11和所述第一二极管D11并联连接形成的第一端口与所述光伏逆变器的输出端口连接，所述第一功率开关管S11和所述第一二极管D11并联连接形成的第二端口与第一电感L1的第一端口、所述第二功率开关管S12和所述第二二极管D12并联连接形成的第一端口连接，所述第一电感L1的第二端口与所述第一光伏组件PV1的第二端口、所述第二光伏组件PV2的第一端口连接，所述第二功率开关管S12和所述第二二极管D12并联连接形成的第二端口与所述光伏逆变器的输入端口连接；所述第三功率开关管S21和所述第三二极管D21并联连接形成的第一端口与所述光伏逆变器的输出端口连接，所述第三功率开关管S21和所述第三二极管D21并联连接形成的第二端口与第二电感L2的第一端口、所述第四功率开关管S22和所述第四二极管D22并联连接形成的第一端口连接，所述第二电感L2的第二端口与所述第二光伏组件PV2的第二端口连接，所述第四功率开关管S22和所述第四二二极管并联连接形成的第二端口与所述光伏逆变器的输入端口连接。
具体地，本发明实施例中的光伏均衡器为一种双向Buck-Boost变换器连接直流母线的光伏均衡器，如图10所示，光伏发电系统使用五块光伏组件，因而可以使用四个光伏均衡器，每个光伏均衡器的输出端连接到光伏逆变器输入端的直流母线上。光伏均衡器内部的功率变换电路采用双向Buck-Boost变换器，光伏组件PV1经过电容滤波后对应一个双向Buck-Boost变换器，由功率开关管S11、S12、体二极管D11、D12、及储能电感器L1构成，功率开关管S11、S12及其体二极管D11、D12可以实现均衡功率的双向流动，并且这个变换器仅处理PV1输出的部分功率。PV1功率低于其他组件时、光伏均衡器从直流母线吸收功率；PV1功率高于其他组件时、光伏均衡器向直流母线释放功率。其他各个双向Buck-Boost变换器的工作原理与PV1电路相同，这里不再重复说明。各个光伏均衡器之间、及光伏均衡器与光伏逆变器之间无需任何控制信号与控制线，整个光伏发电系统无需集中控制器而实现自动功率均衡控制。光伏均衡器与光伏组件之间为并联架构，多个光伏组件首尾串联构成光伏组串，多个光伏组串接入光伏逆变器中，从而把光伏组串的直流电转换成正弦波交流电输出并且接入交流电网后实现并网发电。
可选的，所述光伏均衡器包括通讯监测控模块，用于监测与所述光伏均衡器并联的N个光伏组件的工作状态以及实现所述N个光伏组件与电网或交流负载的通讯。
可选的，所述光伏组件集合还包括第二电容Ci1、第三电容Ci2，用于实现为所述第一光伏组件PV1、第二光伏组件PV2输出的直流电压、电流的滤波，其中，所述第二电容Ci1与所述第一光伏组件PV1并联连接，所述第三电容Ci2与所述第二光伏组件PV2并联连接。
可以看出，所述基于光伏均衡器的光伏发电系统通过设置与至少两个相邻的光伏组件并联的光伏均衡器，实现至少三个光伏组件的输出功率均衡控制，从而可消除光伏组件串联所导致的木桶效应，提高光伏发电系统的发电量。
请参阅图11，图11是本发明第七实施例提供的一种基于光伏均衡器的光伏发电系统的接线示意图，如图11所示，本发明实施例中，当光伏组件集合中包括第一光伏组件PV1和第二光伏组件PV2，光伏均衡器包括第一功率开关管S11、第二功率开关管S12、第三功率开关管S21、第四功率开关管S22、第一二极管D11、第二二极管D12、第三二极管D21、第四二极管D22、第一隔离变压器G1以及第二隔离变压器G2时，
所述第一隔离变压器G1的第一端口与所述第一光伏组件PV1的第一端口连接，所述第一隔离变压器G1的第二端口与所述第一功率开关管S11和所述第一二极管D11并联连接形成的第一端口连接，所述第一功率开关管S11和所述第一二极管D11并联连接形成的第二端口与所述第一光伏组件PV1的第二端口连接，所述第一隔离变压器G1的第三端口与所述光伏逆变器的输出端口连接，所述第一隔离变压器G1的第四端口与所述第二功率开关管S12和所述第二二极管D12并联连接形成的第一端口连接，所述第二功率开关管S12和所述第二二极管D12并联连接形成的第二端口连接所述光伏逆变器的输入端口；
所述第二隔离变压器G2的第一端口与所述第二光伏组件PV2的第一端口、所述第一光伏组件PV1的第二端口连接，所述第二隔离变压器G2的第二端口与所述第三功率开关管S21和所述第三二极管D21并联连接形成的第一端口连接，所述第三功率开关管S21和所述第三二极管D21并联连接形成的第二端口与所述第二光伏组件PV2的第二端口连接，所述第二隔离变压器G2的第三端口与所述光伏逆变器的输出端口连接，所述第二隔离变压器G2的第四端口与所述第四功率开关管S22和所述第四二极管D22并联连接形成的第一端口连接，所述第四功率开关管S22和所述第四二极管D22并联连接形成的第二端口连接所述光伏逆变器的输入端口。
具体地，本发明实施例中的光伏均衡器为一种双向隔离型DC/DC变换器连接直流母线的光伏均衡器，每个光伏均衡器的输出端连接到光伏逆变器输入端的直流母线上。光伏均衡器内部的功率变换电路采用双向隔离型DC/DC变换器，光伏组件PV1经过电容滤波后对应一个双向隔离型DC/DC变换器，由功率开关管S11、S12、体二极管D11、D12、及隔离变压器构成，功率开关管S11、S12及其体二极管D11、D12可以实现均衡功率的双向流动，变压器实现输入、输出的隔离作用，并且这个变换器仅处理PV1输出的部分功率。PV1功率低于其他组件时、光伏均衡器从直流母线吸收功率；PV1功率高于其他组件时、光伏均衡器向直流母线释放功率。其他各个双向隔离型DC/DC变换器的工作原理与PV1电路相同，这里不再重复说明。各个光伏均衡器之间、及光伏均衡器与光伏逆变器之间无需任何控制信号与控制线，整个光伏发电系统无需集中控制器而实现自动功率均衡控制。光伏均衡器与光伏组件之间为并联架构，多个光伏组件首尾串联构成光伏组串，多个光伏组串接入光伏逆变器中，从而把光伏组串的直流电转换成正弦波交流电输出并且接入交流电网后实现并网发电。
可以理解的，可选的，所述光伏均衡器包括通讯监测控模块，用于监测与所述光伏均衡器并联的N个光伏组件的工作状态以及实现所述N个光伏组件与电网或交流负载的通讯。
可选的，所述光伏组件集合还包括第二电容Ci1、第三电容Ci2，用于实现为所述第一光伏组件PV1、第二光伏组件PV2输出的直流电压、电流的滤波，其中，所述第二电容Ci1与所述第一光伏组件PV1并联连接，所述第三电容Ci2与所述第二光伏组件PV2并联连接。
可以看出，所述基于光伏均衡器的光伏发电系统通过设置与至少两个相邻的光伏组件并联的光伏均衡器，实现至少三个光伏组件的输出功率均衡控制，从而可消除光伏组件串联所导致的木桶效应，提高光伏发电系统的发电量。
请参阅图12，图12是本发明第八实施例提供的一种基于光伏均衡器的光伏发电系统的接线示意图，如图12所示，本发明实施例中，当光伏组件集合中包括第一光伏组件PV1和第二光伏组件PV2，光伏均衡器包括第一功率开关管S11、第二功率开关管S12、第三功率开关管S21、第四功率开关管S22、第一二极管D11、第二二极管D12、第三二极管D21、第四二极管D22、第一隔离变压器G1以及第二隔离变压器G2时，
所述第一隔离变压器G1的第一端口与所述第一光伏组件PV1的第一端口连接，所述第一隔离变压器G1的第二端口与所述第一功率开关管S11和所述第一二极管D11并联连接形成的第一端口连接，所述第一功率开关管S11和所述第一二极管D11并联连接形成的第二端口与所述第一光伏组件PV1的第二端口连接，所述第一隔离变压器G1的第三端口与所述第二隔离变压器G2的第三端口连接，所述第一隔离变压器G1的第四端口与所述第二功率开关管S12和所述第二二极管D12并联连接形成的第一端口连接；
所述第二隔离变压器G2的第一端口与所述第二光伏组件PV2的第一端口、所述第一光伏组件PV1的第二端口连接，所述第二隔离变压器G2的第二端口与所述第三功率开关管S21和所述第三二极管D21并联连接形成的第一端口连接，所述第三功率开关管S21和所述第三二极管D21并联连接形成的第二端口与所述第二光伏组件PV2的第二端口连接，所述第二隔离变压器G2的第四端口与所述第四功率开关管S22和所述第四二极管D22并联连接形成的第一端口连接，所述第二功率开关管S12和所述第二二极管D12并联连接形成的第二端口与所述光伏逆变器的输入端口所述第四功率开关管S22和所述第四二极管D22并联连接形成的第二端口连接。
具体地，本发明实施例中的光伏均衡器为一种双向隔离型DC/DC变换器连接直流均衡母线的光伏均衡器，如图12所示，每个光伏均衡器的输出端连接到中间直流均衡母线上。光伏均衡器内部的功率变换电路采用双向隔离型DC/DC变换器，光伏组件PV1经过电容滤波后对应一个双向隔离型DC/DC变换器，由功率开关管S11、S12、体二极管D11、D12、及隔离变压器构成，功率开关管S11、S12及其体二极管D11、D12可以实现均衡功率的双向流动，变压器实现输入、输出的隔离作用，并且这个变换器仅处理PV1输出的部分功率。PV1功率低于其他组件时、光伏均衡器从中间直流均衡母线吸收功率；PV1功率高于其他组件时、光伏均衡器向中间直流均衡母线释放功率。其他各个双向隔离型DC/DC变换器的工作原理与PV1电路相同，这里不再重复说明。各个光伏均衡器之间、及光伏均衡器与光伏逆变器之间无需任何控制信号与控制线，整个光伏发电系统无需集中控制器而实现自动功率均衡控制。光伏均衡器与光伏组件之间为并联架构，多个光伏组件首尾串联构成光伏组串，多个光伏组串接入光伏逆变器中，从而把光伏组串的直流电转换成正弦波交流电输出并且接入交流电网后实现并网发电。
可选的，所述光伏均衡器包括通讯监测控模块，用于监测与所述光伏均衡器并联的N个光伏组件的工作状态以及实现所述N个光伏组件与电网或交流负载的通讯。
可选的，所述光伏组件集合还包括第二电容Ci1、第三电容Ci2，用于实现为所述第一光伏组件PV1、第二光伏组件PV2输出的直流电压、电流的滤波，其中，所述第二电容Ci1与所述第一光伏组件PV1并联连接，所述第三电容Ci2与所述第二光伏组件PV2并联连接。
可以看出，所述基于光伏均衡器的光伏发电系统通过设置与至少两个相邻的光伏组件并联的光伏均衡器，实现至少三个光伏组件的输出功率均衡控制，从而可消除光伏组件串联所导致的木桶效应，提高光伏发电系统的发电量。
请参阅图13，图13是本发明第九实施例提供的一种基于光伏均衡器的光伏发电系统的接线示意图，如图13所示，本发明实施例中，当光伏组件集合中包括第一光伏组件PV1和第二光伏组件PV2，光伏均衡器包括第一功率开关管S11、第二功率开关管S12、第一二极管D11、第二二极管D12、第一隔离变压器G1以及第二隔离变压器G2时，
所述第一隔离变压器G1的第一端口与所述第一光伏组件PV1的第一端口连接，所述第一隔离变压器G1的第二端口与所述第一功率开关管S11和所述第一二极管D11并联连接形成的第一端口连接，所述第一功率开关管S11和所述第一二极管D11并联连接形成的第二端口与所述第一光伏组件PV1的第二端口连接；
所述第二隔离变压器G2的第一端口与所述第二光伏组件PV2的第一端口、所述第一光伏组件PV1的第二端口连接，所述第二隔离变压器G2的第二端口与所述第二功率开关管S12和所述第二二极管D12并联连接形成的第一端口连接，所述第二功率开关管S12和所述第二二极管D12并联连接形成的第二端口与所述第二光伏组件PV2的第二端口连接，所述第一隔离变压器G1的第三端口与所述第二隔离变压器G2的第三端口连接，所述第一隔离变压器G1的第四端口与所述第二隔离变压器G2的第四端口连接。
具体地，本发明实施例中的光伏均衡器为一种双向隔离型功率变换器连接交流均衡母线的光伏均衡器，如图13所示，每个光伏均衡器的输出端连接到中间交流均衡母线上。光伏均衡器内部的功率变换电路采用双向隔离型功率变换器，光伏组件PV1经过电容滤波后对应一个双向隔离型功率变换器，由功率开关管S11、体二极管D11、及隔离变压器构成，功率开关管S11及其体二极管D11可以实现均衡功率的双向流动，变压器实现输入、输出的隔离作用，并且这个变换器仅处理PV1输出的部分功率。PV1功率低于其他组件时，光伏均衡器从中间交流均衡母线吸收功率；PV1功率高于其他组件时，通过隔离变压器的电压源作用、使其他组件的功率流反向，光伏均衡器从而向中间交流均衡母线释放功率。其他各个双向隔离型功率变换器的工作原理与PV1电路相同，这里不再重复说明。各个光伏均衡器之间、及光伏均衡器与光伏逆变器之间无需任何控制信号与控制线，整个光伏发电系统无需集中控制器而实现自动功率均衡控制。光伏均衡器与光伏组件之间为并联架构，多个光伏组件首尾串联构成光伏组串，多个光伏组串接入光伏逆变器中，从而把光伏组串的直流电转换成正弦波交流电输出并且接入交流电网后实现并网发电。
可选的，所述光伏均衡器包括通讯监测控模块，用于监测与所述光伏均衡器并联的N个光伏组件的工作状态以及实现所述N个光伏组件与电网或交流负载的通讯。
可选的，所述光伏组件集合还包括第二电容Ci1、第三电容Ci2，用于实现为所述第一光伏组件PV1、第二光伏组件PV2输出的直流电压、电流的滤波，其中，所述第二电容Ci1与所述第一光伏组件PV1并联连接，所述第三电容Ci2与所述第二光伏组件PV2并联连接。
可以看出，所述基于光伏均衡器的光伏发电系统通过设置与至少两个相邻的光伏组件并联的光伏均衡器，实现至少三个光伏组件的输出功率均衡控制，从而可消除光伏组件串联所导致的木桶效应，提高光伏发电系统的发电量。
另外，本发明实施例还提供一种光伏发电装置，包括如本发明实施例一至实施例八中所述的任意一种基于光伏均衡器的光伏发电系统，可以理解的，所述光伏发电装置为光伏并网发电装置、光伏离网发电装置或者光伏储能发电装置。
本发明实施例中，所述基于光伏均衡器的光伏发电系统通过设置与至少两个相邻的光伏组件并联的光伏均衡器，实现所述N个光伏组件的输出功率均衡控制，从而可消除光伏组件串联所导致的木桶效应，提高光伏发电系统的发电量。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (12)

1.一种基于光伏均衡器的光伏发电系统，其特征在于，包括至少一个光伏发电子系统；
其中，所述光伏发电子系统包括：光伏逆变器、以及与所述光伏逆变器电连接的至少一个光伏组串；
其中，所述光伏组串包括N个光伏组件和M个光伏均衡器，所述N为大于或等于3的整数，所述M为小于N正整数；所述N个光伏组件串联连接，相邻的至少一个光伏组件形成1个光伏组件子集合，所述N个光伏组件形成M+1个子集合，相邻的两个光伏组件子集合形成一个光伏组件集合，每个光伏均衡器与一个光伏组件集合并联连接；相邻的光伏组件集合包括一个相同的光伏组件子集合，每个光伏组件子集合中的光伏组件的功率之和相同；所述光伏均衡器用于实现所述N个光伏组件的输出功率均衡控制；
所述N个光伏组件输出的直流电压串联叠加后形成总输出直流电压，所述总输出直流电压连接至所述光伏逆变器，并通过所述光伏逆变器转换为正弦波交流电压并入电网或输出至交流负载。
2.如权利要求1所述的基于光伏均衡器的光伏发电系统，其特征在于，当光伏组件集合中包括第一光伏组件和第二光伏组件，光伏均衡器包括第一功率开关管、第二功率开关管、第一二极管和第二二极管，电感时，
所述第一功率开关管和所述第一二极管并联连接形成的第一端口与所述第一光伏组件的第一端口连接，所述第一功率开关管和所述第一二极管并联连接形成的第二端口与所述电感的第一端口、所述第二功率开关管和所述第二二极管并联连接形成的第一端口连接，所述电感的第二端口与所述第一光伏组件的第二端口、所述第二光伏组件的第一端口连接，所述第二功率开关管和所述第二二极管并联连接形成的第二端口与所述第二光伏组件的第二端口连接。
3.如权利要求1所述的基于光伏均衡器的光伏发电系统，其特征在于，当光伏组件集合中包括第一光伏组件和第二光伏组件，光伏均衡器包括第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一电容时，
所述第一功率开关管和所述第一二极管并联连接形成的第一端口与所述第一光伏组件的第一端口连接，所述第一功率开关管和所述第一二极管并联连接形成的第二端口与所述第二功率开关管和所述第二二极管并联连接形成的第一端口、所述第一电容的第一端口连接，所述第二功率开关管和所述第二二极管并联连接形成的第二端口与所述第一光伏组件的第二端口、所述第三功率开关管和所述第三二极管并联连接形成的第一端口、所述第二光伏组件的第一端口连接，所述第三功率开关管和所述第三二极管并联连接形成的第二端口与所述第四功率开关管和所述第四二极管并联连接形成的第一端口、所述第一电容的第二端口连接，所述第四功率开关管和所述第四二极管并联连接形成的第二端口与所述第二光伏组件的第二端口连接。
4.如权利要求1所述的基于光伏均衡器的光伏发电系统，其特征在于，当光伏组件集合中包括第一光伏组件和第二光伏组件，光伏均衡器包括第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、电感、第一电容时，
所述第一功率开关管和所述第一二极管并联连接形成的第一端口与所述第一光伏组件的第一端口连接，所述第一功率开关管和所述第一二极管并联连接形成的第二端口与所述第二功率开关管和所述第二二极管并联连接形成的第一端口、所述第一电容的第一端口连接，所述第二功率开关管和所述第二二极管并联连接形成的第二端口与所述第一光伏组件的第二端口、所述第三功率开关管和所述第三二极管并联连接形成的第一端口、所述第二光伏组件的第一端口连接，所述第一电容的第二端口与所述电感的第一端口连接，所述电感的第二端口与所述第三功率开关管和所述第三二极管并联连接形成的第二端口、所述第四功率开关管和所述第四二极管并联连接形成的第一端口连接，所述第四功率开关管和所述第四二极管并联连接形成的第二端口与所述第二光伏组件的第二端口连接。
5.如权利要求1所述的基于光伏均衡器的光伏发电系统，其特征在于，当光伏组件集合中包括第一光伏组件和第二光伏组件，光伏均衡器包括第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管，
所述第一功率开关管和所述第一二极管并联连接形成的第一端口与所述光伏逆变器的输出端口连接，所述第一功率开关管和所述第一二极管并联连接形成的第二端口与第一电感的第一端口、所述第二功率开关管和所述第二二极管并联连接形成的第一端口连接，所述第一电感的第二端口与所述第一光伏组件的第二端口、所述第二光伏组件的第一端口连接，所述第二功率开关管和所述第二二极管并联连接形成的第二端口与所述光伏逆变器的输入端口连接；所述第三功率开关管和所述第三二极管并联连接形成的第一端口与所述光伏逆变器的输出端口连接，所述第三功率开关管和所述第三二极管并联连接形成的第二端口与第二电感的第一端口、所述第四功率开关管和所述第四二极管并联连接形成的第一端口连接，所述第二电感的第二端口与所述第二光伏组件的第二端口连接，所述第四功率开关管和所述第四二二极管并联连接形成的第二端口与所述光伏逆变器的输入端口连接。
6.如权利要求1所述的基于光伏均衡器的光伏发电系统，其特征在于，当光伏组件集合中包括第一光伏组件和第二光伏组件，光伏均衡器包括第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一隔离变压器以及第二隔离变压器时，
所述第一隔离变压器的第一端口与所述第一光伏组件的第一端口连接，所述第一隔离变压器的第二端口与所述第一功率开关管和所述第一二极管并联连接形成的第一端口连接，所述第一功率开关管和所述第一二极管并联连接形成的第二端口与所述第一光伏组件的第二端口连接，所述第一隔离变压器的第三端口与所述光伏逆变器的输出端口连接，所述第一隔离变压器的第四端口与所述第二功率开关管和所述第二二极管并联连接形成的第一端口连接，所述第二功率开关管和所述第二二极管并联连接形成的第二端口连接所述光伏逆变器的输入端口；
所述第二隔离变压器的第一端口与所述第二光伏组件的第一端口、所述第一光伏组件的第二端口连接，所述第二隔离变压器的第二端口与所述第三功率开关管和所述第三二极管并联连接形成的第一端口连接，所述第三功率开关管和所述第三二极管并联连接形成的第二端口与所述第二光伏组件的第二端口连接，所述第二隔离变压器的第三端口与所述光伏逆变器的输出端口连接，所述第二隔离变压器的第四端口与所述第四功率开关管和所述第四二极管并联连接形成的第一端口连接，所述第四功率开关管和所述第四二极管并联连接形成的第二端口连接所述光伏逆变器的输入端口。
7.如权利要求1所述的基于光伏均衡器的光伏发电系统，其特征在于，当光伏组件集合中包括第一光伏组件和第二光伏组件，光伏均衡器包括第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一隔离变压器以及第二隔离变压器时，
所述第一隔离变压器的第一端口与所述第一光伏组件的第一端口连接，所述第一隔离变压器的第二端口与所述第一功率开关管和所述第一二极管并联连接形成的第一端口连接，所述第一功率开关管和所述第一二极管并联连接形成的第二端口与所述第一光伏组件的第二端口连接，所述第一隔离变压器的第三端口与所述第二隔离变压器的第三端口连接，所述第一隔离变压器的第四端口与所述第二功率开关管和所述第二二极管并联连接形成的第一端口连接；
所述第二隔离变压器的第一端口与所述第二光伏组件的第一端口、所述第一光伏组件的第二端口连接，所述第二隔离变压器的第二端口与所述第三功率开关管和所述第三二极管并联连接形成的第一端口连接，所述第三功率开关管和所述第三二极管并联连接形成的第二端口与所述第二光伏组件的第二端口连接，所述第二隔离变压器的第四端口与所述第四功率开关管和所述第四二极管并联连接形成的第一端口连接，所述第二功率开关管和所述第二二极管并联连接形成的第二端口与所述光伏逆变器的输入端口所述第四功率开关管和所述第四二极管并联连接形成的第二端口连接。
8.如权利要求1所述的基于光伏均衡器的光伏发电系统，其特征在于，当光伏组件集合中包括第一光伏组件和第二光伏组件，光伏均衡器包括第一功率开关管、第二功率开关管、第一二极管、第二二极管、第一隔离变压器以及第二隔离变压器时，
所述第一隔离变压器的第一端口与所述第一光伏组件的第一端口连接，所述第一隔离变压器的第二端口与所述第一功率开关管和所述第一二极管并联连接形成的第一端口连接，所述第一功率开关管和所述第一二极管并联连接形成的第二端口与所述第一光伏组件的第二端口连接；
所述第二隔离变压器的第一端口与所述第二光伏组件的第一端口、所述第一光伏组件的第二端口连接，所述第二隔离变压器的第二端口与所述第二功率开关管和所述第二二极管并联连接形成的第一端口连接，所述第二功率开关管和所述第二二极管并联连接形成的第二端口与所述第二光伏组件的第二端口连接，所述第一隔离变压器的第三端口与所述第二隔离变压器的第三端口连接，所述第一隔离变压器的第四端口与所述第二隔离变压器的第四端口连接。
9.如权利要求1至8任一项所述的基于光伏均衡器的光伏发电系统，其特征在于，所述光伏均衡器包括通讯监控模块，用于监测与所述光伏均衡器并联的N个光伏组件的工作状态以及实现所述N个光伏组件与电网或交流负载的通讯。
10.如权利要求2至8任一项所述的基于光伏均衡器的光伏发电系统，其特征在于，所述光伏组件集合还包括第二电容、第三电容，用于实现为所述第一光伏组件、第二光伏组件输出的直流电压、电流的滤波，其中，所述第二电容与所述第一光伏组件并联连接，所述第三电容与所述第二光伏组件并联连接。
11.一种光伏发电装置，其特征在于，包括如权利要求1-10任意一项所述的基于光伏均衡器的光伏发电系统。
12.如权利要求11所述的光伏发电装置，其特征在于，所述光伏发电装置为光伏并网发电装置、光伏离网发电装置或者光伏储能发电装置。
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