CN112367039A - 一种智能汇流箱 - Google Patents

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巩宇
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吴林林
吴宇辉
崔阳
张宇航
王开让
董建明
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North China Electric Power Research Institute Co Ltd
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Abstract

本发明提供了一种智能汇流箱,用于将光伏发电系统的光伏组串接入光伏逆变器直流侧,汇流箱包括:组串可控开关、至少一个DC/DC控制器及直流断路器开关;光伏组串通过组串可控开关与DC/DC控制器相连接,所述DC/DC控制器根据接收的控制指令对接入的光伏组串进行最大功率点跟踪控制,各DC/DC控制器通过一直流断路器开关连接到光伏发电系统的逆变器直流侧。本发明提供一种具有最大功率点跟踪控制功能的汇流箱,同时还可以实现对各路光伏组串进行IV曲线测试的汇流箱。

Description

一种智能汇流箱
技术领域
本发明涉及电力技术,具体的讲是一种智能汇流箱。
背景技术
汇流箱在光伏发电系统中是保证光伏组件有序连接和汇流功能的接线装置。汇流箱是指用户可以将一定数量、规格相同的光伏电池串联起来,组成一个个光伏串列,然后再将若干个光伏串列并联接入光伏汇流箱,在光伏汇流箱内汇流后,通过控制器,直流配电柜,光伏逆变器,交流配电柜,配套使用从而构成完整的光伏发电系统,实现与市电并网。现有技术中,光伏发电系统通常通过逆变器实现MPPT控制,并且要实现光伏组串IV曲线还需要接入IV曲线测试仪器,造成光伏发电系统接线复杂。
另外现有技术中,光伏投资高回报阶段一去不返,此时只有精细化管理的电站才能保持较好的利润率。光伏IV曲线测试是一种精细、准确的光伏组件、组串发电性能测试手段,通过对比被测对象的IV曲线,可直接分析出被测对象是否出现故障、初步确定故障类型,是当下被普遍认可的光伏发电性能测试手段。
由光伏IV曲线测试原理可知,需要控制光伏输出电压由0升高到开路电压,所以不可在逐渐正常发电情况下测试,需要离线检测。现有技术的IV测试方法是人工测试,流程是测试人员携带IV检测仪,抽选1%~5%的组件或组串,拆卸被测样品,依次进行IV测试,取得数据后技术人员进行数据分析。此种方法检测效率低,成本高,周期长,电量损失大。现有技术中,还有一些逆变器厂家近两年推出了一种可测量光伏组串IV曲线的智能光伏逆变器,其通过在自家逆变器内部的控制策略进行控制直流母线电压取得IV曲线。但是此种方案仅局限于逆变器厂家的逆变器,也一般局限于组串逆变器。
发明内容
为解决现有技术中的至少一问题,本发明提供了一种智能汇流箱,用于将光伏发电系统的光伏组串接入光伏逆变器直流侧,所述的汇流箱包括:组串可控开关、至少一个DC/DC控制器及直流断路器开关;其中,
所述的光伏组串通过组串可控开关与DC/DC控制器相连接,所述DC/DC控制器根据接收的控制指令对接入的光伏组串进行最大功率点跟踪控制,各DC/DC控制器通过一直流断路器开关连接到光伏发电系统的逆变器直流侧。
本发明实施例中,所述的DC/DC控制器分别接入四路光伏组串。
本发明实施例中,各路光伏组串的正负端分别通过一所述的组串开关连接到DC/DC控制器。
本发明实施例中,所述的智能汇流箱还包括:电压传感器、电流传感器;其中,
所述的电压传感器、电流传感器设置于所述组串可控开关与DC/DC控制器之间,以对各路光伏组串进行IV曲线测试。
本发明实施例中,所述的智能汇流箱还包括:阻性负载,与各DC/DC控制器相连接。
本发明实施例中,所述的智能汇流箱还包括:控制电模块,与各DC/DC控制器相连接,用于为各DC/DC控制器提供控制电能。
本发明提供一种智能汇流箱,提供一种具有最大功率点跟踪控制功能的汇流箱,同时还包括:电压传感器、电流传感器,同时可以实现对各路光伏组串进行IV曲线测试从而提供一种兼具最大功率点跟踪控制及IV曲线测试的汇流箱。并且,通过智能汇流箱的组串可控开关控制光伏组串进行IV曲线测试,解决现有技术中不可在逐渐正常发电情况下测试,需要离线进行I-V曲线检测的问题,提供准确的光伏组件、组串发电性能测试手段,为存量的光伏电站进行I-V曲线测试解决光伏发电富集地区光伏组串、组件的智能化检测与精益性运维问题,从而实现对光伏电站的精细化管理,使得电站保持较好的利润率。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举较佳实施例,并配合所附图式,作详细说明如下。
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,下面描述中的附图仅仅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为本发明提供的智能汇流箱的示意图;
图2为本发明实施例中光伏电站主要电气结构示意图;
图3为本发明实施例中提供的智能汇流箱的结构示意图;
图4为本发明实施例中I-V曲线测试电路结构示意图;
图5为本发明实施例中控制策略示意图;
图6为本发明实施例中控制策略示意图。
具体实施方式
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,所描述的实施例仅仅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做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。
本发明提供一种智能汇流箱,用于将光伏发电系统的光伏组串接入光伏逆变器直流侧,如图1所示,所述的汇流箱包括:组串可控开关101、至少一个DC/DC控制器102及直流断路器开关103;其中,
所述的光伏组串通过组串可控开关101与DC/DC控制器102相连接,所述DC/DC控制器102根据接收的控制指令对接入的光伏组串进行最大功率点跟踪控制,各DC/DC控制器102通过一直流断路器开关103连接到光伏发电系统的逆变器直流侧。
如图2所示,为本发明一实施例提供的光伏电站电气结构示意图,其中,智能汇流箱内嵌入多路DC/DC控制器,具备MPPT控制和组串I-V曲线测量功能。
本实施例提供的智能汇流箱采用集中式光伏逆变器的发电方阵其主要结构如下图3所示,光伏组件串联组成组串,多路组串(一般为8路到16路)经汇流箱回流后接入光伏逆变器直流侧,经逆变后成为三相交流电接入电网,本实施例中,4路光伏组串为一组接入DC/DC控制器,即DC/DC控制器分别接入四路光伏组串。
本发明实施例提供的智能汇流箱在具备常规汇流箱所具有的组串电流、电压测量,远距离数据上传,防雷,通信功能(图3中未标示)之外,还具备了多路MPPT控制、光伏组串I-V曲线测量的功能。如图3所示,其主要的结构包括:三个DC/DC控制器、阻性负载(本发明一实施例中,阻性负载为风扇)、控制电部分(即电能模块,用于为汇流箱各模块提供控制电脑)、直流断路器K1~K3、组串可控开关k1~k12。
本实施例中,各部分的作用分别如下:
DC/DC控制器部分,主要有两方面的作用:
1.光伏方阵正常运行情况下其作为一路MPPT控制,最大功率点跟踪控制(MaximumPower Point Tracking,简称MPPT)是一种通过调节电气模块的工作状态,使光伏板能够输出更多电能的电气系统能够将太阳能电池板发出的直流电有效地贮存在蓄电池中,可有效地解决常规电网不能覆盖的偏远地区及旅游地区的生活和工业用电,不产生环境污染。
光伏电池的输出功率与MPPT控制器的工作电压有关,只有工作在最合适的电压下,它的输出功率才会有个唯一的最大值。本实施例公开的智能汇流箱,其通过DC/DC控制器检测组串输出电压,实现MPPT控制。
本实施例中设计为4路光伏组串为一组接入DC/DC,其MPPT控制为常规的MPPT控制,包括电压跟踪法、扰动观测法和电导增量法等,由于该方法比较成熟,本实施例中不再赘述。
2.光伏组串I-V曲线测试功能;当启动I-V曲线测试功能,则DC/DC控制器需处于离线状态,本实施例中,通过将与其连接的直流断路器K1断开,对连接到1#DC/DC控制器的组串进行I-V曲线测试。
此时I-V曲线测试电路如下图4所示,闭合光伏组串开关k1,通过DC/DC控制部分,控制电池组串1输出电压由0V连续升高到开路电压,通过PT\CT(电压传感器/电流传感器)测得被测组串的电流、电压,从而获得光伏组串1的I-V曲线。依次闭合k2、k3、k4,可测得4个光伏的组串的I-V曲线。
本实施例中,通过DC/DC控制器将组串输出电压由0V连续上升到开路电压的控制策略有两种。
第一种控制策略如图5所示,采用直流电压外环、电流内环的控制方式,根据外部控制程序中将直流电压目标值Udc_ref连续给定为0V~OCV。
第二种控制策略为将DC/DC调制度由0连续变化到1。如图6所示,为第二种控制策略的DC/DC电路拓扑图。
本实施例中,两种I-V曲线测试时间均不超过5s。
控制电部分,主流点整流到直流电,用于给DC/DC控制器提供电力、供电;
阻性负载,用于在I-V测试期间消耗组件发电输出的能量。
断路器K1~K3,组串开关k1~k12,通过对图3中各开关进行配合,完成各组串的I-V曲线测试。
智能汇流箱运行过程:
(1)光伏方阵正常平网运行情况下,图3中K1~K3、k1~k12各开关闭合,汇流箱中3个DC/DC控制器运行于MPPT模式,相比与传统集中式光伏逆变器方式,多路MPPT可有效减少了因灰尘遮挡、阴影遮挡、组件劣化、倾角差异等组件失配带来的发电损失。
(2)光伏方阵运行一段时间后进行I-V曲线测试,为保证方阵发电的正常运行,图3中1#~3#DC/DC控制器逐次断开进行测试;
首先断路器K1与组串开关k2、k3、k4同时断开(K2、K3闭合,正常发电),1#光伏组串与DC/DC、阻性负载组成测试回路,通过DC/DC连续调整组串输出电压(如图4、5所示方法),测得1#组串的I-V曲线;然后闭合k1断开k2,测试2#光伏组串的I-V曲线;然后闭合k2断开k3,测试3#光伏组串的I-V曲线;然后闭合k3断开k4,测试4#光伏组串的I-V曲线;4组光伏组串均测试完毕后闭合K1、k1、k2、k3、k4,DC/DC切换到MPPT模式进行正常发电。
2#、3#DC/DC下面各组串I-V曲线的测试工程与上述相同。
测试所得的I-V曲线通过汇流箱的通讯装置上送到电站SCADA系统存储。
本发明的汇流箱进行I-V曲线的测试,克服现有技术中需要离线测试,不能在正常发电情况下进行I-V曲线测试,实现对光伏电网组串的自动测试,无需人工拆卸被测样品,控制组串开关及断路器依次进行组串的IV测试,克服现有技术检测效率低,成本高,周期长,电量损失大的问题。
以上参照附图描述了本发明的优选实施方式。这些实施方式的许多特征和优点根据该详细的说明书是清楚的,因此所附权利要求旨在覆盖这些实施方式的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外,由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变,因此不是要将本发明的实施方式限于所例示和描述的精确结构和操作,而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。
本领域内的技术人员应明白,本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种智能汇流箱,用于将光伏发电系统的光伏组串接入光伏逆变器直流侧,其特征在于,所述的汇流箱包括:组串可控开关、至少一个DC/DC控制器及直流断路器开关;其中,
所述的光伏组串通过组串可控开关与DC/DC控制器相连接,所述DC/DC控制器根据接收的控制指令对接入的光伏组串进行最大功率点跟踪控制,各DC/DC控制器通过一直流断路器开关连接到光伏发电系统的逆变器直流侧。
2.如权利要求1所述的智能汇流箱,其特征在于,所述的DC/DC控制器分别接入四路光伏组串。
3.如权利要求1所述的智能汇流箱,其特征在于,各路光伏组串的正负端分别通过一所述的组串开关连接到DC/DC控制器。
4.如权利要求1所述的智能汇流箱,其特征在于,所述的智能汇流箱还包括:电压传感器、电流传感器;其中,
所述的电压传感器、电流传感器设置于所述组串可控开关与DC/DC控制器之间,以对各路光伏组串进行IV曲线测试。
5.如权利要求1所述的智能汇流箱,其特征在于,所述的智能汇流箱还包括:阻性负载,与各DC/DC控制器相连接。
6.如权利要求1所述的智能汇流箱,其特征在于,所述的智能汇流箱还包括:控制电模块,与各DC/DC控制器相连接,用于为各DC/DC控制器提供控制电能。
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