CN116508223A - 用于太阳能串发电系统的扩展器和稳定器及其方法 - Google Patents
用于太阳能串发电系统的扩展器和稳定器及其方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116508223A CN116508223A CN202180079698.9A CN202180079698A CN116508223A CN 116508223 A CN116508223 A CN 116508223A CN 202180079698 A CN202180079698 A CN 202180079698A CN 116508223 A CN116508223 A CN 116508223A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- string
- substring
- power
- bus
- solar
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000010248 power generation Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 title description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 9
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 6
- 210000001357 hemopoietic progenitor cell Anatomy 0.000 abstract description 3
- 238000001167 microscope projection photolithography Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 16
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 11
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 9
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 4
- 238000003491 array Methods 0.000 description 3
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000032677 cell aging Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001932 seasonal effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
- H02J3/381—Dispersed generators
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
- G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
- G05F1/66—Regulating electric power
- G05F1/67—Regulating electric power to the maximum power available from a generator, e.g. from solar cell
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
- H02J1/08—Three-wire systems; Systems having more than three wires
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
- H02J7/35—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
- H02S50/00—Monitoring or testing of PV systems, e.g. load balancing or fault identification
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
- H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
- H02J2300/22—The renewable source being solar energy
- H02J2300/24—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin
- H02J2300/26—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin involving maximum power point tracking control for photovoltaic sources
Abstract
本发明涉及一种设备和方法，用于扩展太阳能光伏系统的串大小并将其DC总线电压稳定在任何期望的恒定电平，直至当地电气规范(LEC)准许的最大电平，这将使多模块太阳能串发电系统的能量产生最大化，包括：连接到DC总线和太阳能面板的主要子串的注入电路(IC)，其中IC还连接到具有至少一个太阳能面板的扩展子串。IC在太阳能换流器的输入端处将连接的主要子串和扩展子串的电压提升并调节至期望的稳定恒定电平。IC包括：(i)第一MPPT机构，用于找到主要子串的MPP；(ii)第二MPPT机构，用于找到扩展子串的MPP；(iii)第一DC/DC转换器，用于转换来自扩展子串的一些功率，以用于提升和调节主要子串的电压电平；以及(iv)第二DC/DC转换器，用于提升和调节扩展子串的电压电平，以及用于通过DC总线将来自扩展子串的多余功率传导至太阳能换流器。
Description
技术领域
本发明涉及光伏太阳能发电系统。更具体地，本发明涉及用于使从多模块太阳能串(string)发电系统产生的功率最大化的方法和设备。
背景技术
时至今日，光伏太阳能发电系统通常由包含光伏“单元”的太阳能面板组成。光伏单元是将光转化为能量的半导体器件。当光照射在面板上时，面板上会产生电压，当连接到负载时，电流就会流动。图1展示了太阳能面板的单元基于其电压和电流特性(I-V曲线)的电功率产生性能。电压和电流随包括面板的物理尺寸、面板效率、照射在面板上的光量、面板的温度和其他因素在内的几个因素而变化。
通常，许多太阳能面板串联连接，称为“串”，以产生增加的输出电压。作为一般规则，电压越高——能量损失越少，因此系统效率越高。此外，具有更多面板的大型面板串需要更少的太阳能电缆、更少的汇流箱、更少的接线盒、更少的挖掘工作和更少的安装时间。这在通常具有高电流密度和用于承载产生的功率的较长电缆的大型系统中尤其重要。因此，希望将尽可能多的面板串联成串，以便以牺牲电流为代价来增加电压。
但是，由于高压的危险性质，单串的准许最大输出电压通常受到当地电气规范(LEC)和标准的限制。因此，为了在符合规定的同时以最小损耗产生大量功率，光伏发电系统通常由许多串组成，每个串包括准许串联连接的尽可能多的面板，其中串并联连接。这些并联连接的串被称为“阵列”。由于串并联连接，组成阵列的每个串中的太阳能面板的数量应该完全相同。
当太阳能面板未连接到负载时，其端子上产生的电压定义为其开路电压(Voc)，如图1所示。如本领域所知，通过将LEC或换流器输入电压限制允许的最大DC总线电压电平除以面板在其最低季节温度处在安装它们的特定地点处的Voc值，来计算串中串联连接的太阳能面板的最大数量。然而，串的Voc通常比为串在最佳工作条件下通常产生的电压的最大功率点电压(如图1所示的Vmpp)高24％。这意味着有相当大的浪费工作电压范围，这可以显著提高系统的效率，达到可以使用的程度。
由于太阳能单元产生直流电，而电网通常是交流电，因此必须连接“换流器”。换流器可以连接到许多并联连接的串的阵列，用于将它们的直流电转换为交流电，用于为电网或当地消费者供电。
大多数太阳能换流器都包含最大功率点跟踪(MPPT)电路系统，用于最大化来自串的功率。这些现有技术中已知的MPPT电路调整阵列操作的电压和电流，测量它们的输出功率，并寻找使功率输出最大化的那些电压和电流值。因此，阵列的MPPT通常由换流器来完成。
然而，由于太阳辐射、环境温度、云层、阴影、太阳光角度、天气条件变化等因素的变化，最大功率点在瞬间不断变化。MPPT机构的目的就是持续跟踪这些变化，并反复将其工作点调谐到阵列最大功率点电压以获得最大功率。然而，MPP电平的变化(总计可能达到数百伏)对换流器的效率具有负面影响，因为对于典型换流器而言，最有效的电压入口变化相对较窄。此外，当阵列的电压下降时，系统的总效率也会下降，如上所述。
当组成阵列的所有单元、面板和串都在其最大功率点处操作时，阵列会产生其最大功率。然而，制造公差不匹配、单元老化、阴影、云层、灰尘、污垢、方位角和倾斜等各种条件以及各种缺陷可能会导致串中的一些面板产生较少的能量。弱串，因为它与阵列中的其他串并联连接，可能会对整个阵列的效率和整个换流器的效率产生严重影响。由于阵列的电压下降，MPPT发生变化，因此系统的总效率也会下降，并且可能会扰乱阵列的平衡。这对于具有通过长电缆连接的大型阵列的大型换流器尤其重要。
因此，希望引入具有成本效益的方法，以通过确保阵列中的每个单独的串在其最大功率点处操作、串之间没有相互干扰并且能量损耗传导是最小的(这意味着阵列是完美平衡的)，使太阳能系统能够尽可能利用全功率生产。
解决这些问题的一种方法是为串中的每个面板配备优化器，该优化器根据需要调节面板电压。这种方法很昂贵，因为阵列中的每个面板都需要优化器，而且由于它基于使用DC/DC技术的全能量转换，因此它意味着相对较高的转换损耗。
其他解决方案基于包括用于每个串的MPPT电路、称为“串优化器”的优化器。然而，这种架构基于使用DC/DC技术的全能量转换，这导致硬件相对昂贵，意味着高转换损耗，并且其串大小仍然受到Voc最大电平约束的限制。
其他解决方案具有换流器，该换流器包括单独的MPPT电路，用于连接到换流器的每个串或少量串，称为“串换流器”。然而，这种架构是昂贵的并且在大面积中具有数百甚至数千串的大规模安装中效率不高，因为它需要更多的直流电缆，从而导致显著的反复传导损耗。此外，由于MPPT电平的高变化，它也会遭受能量损失，并且其串大小受Voc最大电平约束的限制。
US7,605,498公开了一种高效率光伏DC-DC转换器，它实现了从高电压、高度变化的光伏电源的太阳能功率转换。描述了电压转换电路，其具有成对的光伏功率中断开关元件和成对的光伏功率分流开关元件以首先增加电压然后降低电压作为期望的光伏DC-DC功率转换的一部分。因此，光伏DC-DC转换器可以通过基本上功率同构的光伏DC-DC功率转换能力实现与传统相比高的转换效率。然而，这种方法有缺点，因为它需要对阵列中的每个面板进行实施，每个面板都转换面板产生的全部能量，这使得它变得昂贵且效率较低。
US20100126550公开了一种注入方案。所公开的注入电路调整串的操作点以在串中的一个或更多个面板受损时保持它以最大功率生产运行。如果串中一个或更多个面板的电压下降，电路会注入少量能量进行补偿，并使串能够继续以其最大功率点操作。注入电路的电源是串连接到的DC总线或外部电源。然而，该解决方案并没有解决由不稳定的MPPT电压引起的低效率，它的动态范围相对较小，因为它取决于换流器在给定时间处的MPP电压电平，它需要优化器之间的同步，这使得它在规模安装中复杂且相对昂贵，并且其串大小受Voc最大电平约束的限制。
因此期望提出一种没有这些缺陷的系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种设备，该设备用于将在串阵列中包括太阳能面板的太阳能发电系统的串中的面板数量扩展到当地电气规范或换流器限制所允许的量的两倍。
本发明的另一个目的是提供一种设备和方法，用于将光伏阵列的DC总线的操作电压提升和稳定直到换流器的最大输入电压(VDC，最大)可能的最大电平，以提高换流器效率和减少能量传导损耗。
本发明的又一目的是提供一种设备，用于扩大串的调节区域(VDC总线-Vmpp(串))，以便能够补偿由于面板的不同操作条件、不同功率容量或面板缺陷而导致的相对较大的串差异。
本发明的又一个目的是提供一种用于消除组成阵列的串之间的相互干扰的设备。
本发明的又一个目的是提供一种使由太阳能发电系统产生的功率最大化的方法，该太阳能发电系统包括成串和串阵列的太阳能面板。
本发明的又一个目的是提供一种用于提高换流器的效率的方法，换流器诸如：中央换流器；具有多个串的单MPPT换流器；具有多个串换流器的多MPPT换流器和具有恒定的输入电压的换流器(无MPPT机构)，均具有单个串或多个串。
随着描述的进行，本发明的其他目的和优点将变得明显。
本发明涉及一种用于使多模块太阳能串发电系统的功率最大化的设备，包括：(a)太阳能面板的串阵列，其中所述串并联连接以形成所述太阳能面板的串阵列；(b)提供至少一个所述串，其包括；(i)太阳能面板的至少一个主要子串；(ii)具有至少一个太阳能面板的至少一个扩展子串；(c)DC总线，其连接到具有所述主要子串和所述扩展子串的所述串；(d)太阳能换流器，其在其输入端处连接到所述DC总线，用于将来自具有至少一个主要子串和所述至少一个扩展子串的所述串的太阳能直流电转换为交流电；以及(e)注入电路(IC)，其连接到所述主要子串和所述DC总线，其中所述IC还连接到包括至少一个太阳能面板的所述扩展子串，并且其中所述IC使所述连接的主要子串的功率产生最大化，利用由所述扩展子串产生的能量将所述串的电压电平提升和调节至DC总线恒定期望水平，并通过所述DC总线将来自所述扩展子串的多余功率传导至所述太阳能换流器，包括：(i)第一MPPT机构，用于找到所述主要子串的MPP；(ii)第二MPPT机构，用于找到连接到所述IC的所述扩展子串的MPP；(iii)第一DC/DC转换器，用于通过转换和利用来自所述扩展子串的一些功率来将所述连接的主要子串提升和调节至所述稳定的恒定期望电平；(iv)第二DC/DC转换器，用于将所述连接的扩展子串的电压电平提升至所述稳定的恒定期望电平，并用于通过所述连接的DC总线将来自所述扩展子串的未被第一DC/DC转换器消耗的多余功率传导到所述太阳能换流器。
在一个实施方式中，IC包括第三DC/DC转换器，用于将来自第二DC/DC转换器的多余功率利用到所述DC总线。
在一个实施方式中，每个串可以包括与阵列中的其他串技术不同或功率容量不同的面板，只要它符合当地电气规范和换流器的最大输入电压电平约束，并且其最小Vmpp电平在第一DC/DC转换器调节区域内。
在一个实施方式中，扩展子串可以包括与其相关联的主要子串技术不同或功率容量不同的面板，其中扩展子串面板可以具有比主要子串的面板更高或更低的功率容量，只要其Voc水平符合当地的电气规范。
本发明还涉及一种用于使多模块太阳能串发电系统的功率最大化的方法，包括：(a)太阳能面板的串阵列，其中所述串并联连接以形成所述太阳能面板的串阵列；(b)提供至少一个所述串，其包括；(i)太阳能面板的至少一个主要子串；(ii)具有至少一个太阳能面板的至少一个扩展子串；(c)提供DC总线，其连接到所述主要子串和所述扩展子串；(d)提供太阳能换流器，太阳能换流器在其输入端连接到所述DC总线，用于将来自具有至少一个主要子串的所述串的太阳能直流电转换为交流电；(e)提供IC，其连接到所述DC总线并连接到具有至少一个主要子串的所述串，其中所述IC也连接到所述扩展子串；(f)通过转换来自所述扩展子串的一些功率，将具有所述主要子串和所述扩展子串的所述串的电压提升和调节到稳定的恒定期望水平；以及(g)通过所述DC总线将来自所述扩展子串的多余功率用于所述太阳能换流器。
附图说明
附图和对其细节的具体参考在此仅作为示例用于说明性地描述本发明的一些实施方式。
在附图中：
-图1是根据实施方式的展示太阳能单元基于其I-V曲线的电功率产生性能的图。
-图2是根据实施方式的3个曲线图的图，这些曲线图展示了太阳能面板的串基于其I-V曲线(即电流和电压特性)的电功率产生性能。
-图3是根据实施方式的描绘IC的一些内部部件的示意图。
-图4是根据实施方式的描绘以注入电路(IC)连接成阵列的太阳能面板串的示意图。
-图5是根据实施方式的描述图3的可能解决方案的示例性IC 100的一些内部部件的示意图。图6是描绘根据另一个实施方式的IC的一些内部部件的示意图。
-图7是根据实施方式的描述图6的可能解决方案的示例性IC 100的一些内部部件的示意图。
-图8是根据实施方式的描述图6的可能解决方案的示例性IC 100的一些内部部件的示意图。
-图9是描绘根据又一个实施方式的IC的一些内部部件的示意图。
图10是根据实施方式的描述图9的可能解决方案的示例性IC 120的一些内部部件的示意图。
具体实施方式
当组成阵列的所有串在相同的最大功率点(MPP)处操作时，光伏太阳能发电系统会产生其最大功率。然而，阴影、云层、灰尘、污垢、面板的方位角和倾斜、制造公差不匹配、电池老化等操作条件以及各种缺陷可能会导致串中的一些面板产生较少的能量。本领域众所周知，每个串的电流由串中最弱的一个或更多个面板决定，因此整个串变弱。众所周知，当串弱或强时，它可能会干扰阵列中其他串的功率平衡，因此会对整个阵列的效率和整个换流器的效率产生严重影响。此外，强串可能会因过剩功率而变热，这会降低它们的功率产生并可能加速连接的面板的劣化。
图1是根据实施方式的展示太阳能单元基于它们的I-V曲线(即电流和电压特性)的电功率产生性能的图。当太阳能单元未连接到负载时，其端子上产生的电压定义为其开路电压(Voc)。当缩短单元的端子时，它会产生短路电流Isc。功率曲线是通过将图中每个点处的电压乘以电流获得的。如功率曲线所示，当V＝Vmpp时，太阳能单元在其最大功率点处产生最大功率(MP)。在Isc和Voc点处，太阳能单元不产生功率。
图2是根据实施方式的3个曲线图的图，这些曲线图展示了太阳能面板的串基于其I-V曲线(即电流和电压特性)的电功率产生性能。当许多太阳能面板串联(即成串)连接时，它们的组合能量输出通常充当曲线图10中的曲线30。当在电压模式电路中工作时，当消耗的电压升高直到某个点时，串的消耗电流相当稳定，之后当电压升高时电流迅速下降，如曲线30所示。由于串的功率等于电流乘以电压(P＝I*V)，其功率由曲线40表示，因此串的最大功率点(MPP)在曲线30(I-V曲线)上位于在MPP 20处。
然而，如果换流器连接到多个串，电压的变化可能会改变其他串的功率电平，最终将换流器的MPPT拖到串之间的不是串的大部分的最大功率点的某种平均电压点，从而有效地平衡了整个阵列的功率产生并浪费了功率。
当某个串相对于其他串较弱时(由于串中的部分面板由于上述原因较弱)，该串不会产生与其他正常操作的串一样多的功率，整个串的I-V曲线如图2的曲线31所示进行变化。最终的效果是，弱串的电流通常会下降到不同的值处，并且弱串的曲线与完全操作的串的曲线不同。弱串的MPP(如曲线31所示)位于点21处，其I-V值与完全操作的串的I-V值不同，该完全操作的串的功率如曲线20所示。如图所示，曲线31的MPP 21处于比曲线30的MPP20更低的电压值。
当阵列的串中的至少一个串较弱时，串的平均MPP会受到影响。在这种情况下，包含最大功率点跟踪(MPPT)电路系统的换流器将整个阵列的电压(和电流)调整为串的平均MPP。然而，如图2的曲线图12所示，平均MPP 22远离每个串的各个MPP。平均MPP 22远离弱串MPP 21(Δ(Delta)功率71＝51-61)，并且远离强串MPP 20(Δ功率70＝60-50)。因此，换流器使所有串在不是任何串的最大功率点的功率点处操作，从而有效地使整个阵列的功率产生不平衡并浪费功率。
图3是根据实施方式的描绘IC的一些内部部件的示意图。为了简洁起见，图3中未示出换流器，然而，所提出的系统还包括太阳能换流器，太阳能换流器在其输入端连接到直流总线400-401，用于将来自串的太阳能直流电转换成交流电。在该实施方式中，IC 100可以连接到DC总线400-401和由主要子串310和扩展子串300形成的串210，该串包括至少一个太阳能面板。DC/DC 101可以包括第一MPPT机构，用于找到主要子串310的MPP。DC/DC 102还可以包括第二MPPT机构，用于找到扩展子串300的MPP及其优化的电流和电压。
如上所述，整个主要子串310的电流通常由其组成面板的最大功率点电流(Impp)确定。为了将直流总线(VDC总线)的电压调节到期望电压，需要IC 100供应电压量，该电压量是主要子串310的最大功率点电压(Vmpp)与在DC总线400和401上产生的DC总线的期望电压之间的差。因此，当被调节时，串310的电压应该与阵列中其他对应串的电压相匹配。IC 100还可以具有第一DC/DC转换器101，用于将来自扩展子串300的部分功率转换为提升串210电压以匹配期望的DC总线电压(VDC总线)所需的能量。IC 100还可以包括第二DC/DC转换器102，以提升扩展子串300电压电平以匹配串210和DC总线(VDC总线)的恒定期望电压电平，其中提升DC总线至期望的电压电平仅受本地电气规范(LEC)或换流器的最大输入电压限制。
在一个实施方式中，图3的IC 100可以增强/降低其输出电压，同时测量来自主要子串310的功率，直到主要子串310达到其MPPT点。因此，第一DC/DC转换器101可以用于通过将来自扩展子串300的一些功率转换成用于优化主要子串310的电流和电压来调节所连接的主要子串310的功率。IC 100还可以具有第二DC/DC转换器102，其在其输入端处连接到扩展子串诸如扩展子串300，并且在其输出端处连接到DC总线400-401。DC/DC转换器102可以用于转换和利用来自扩展子串300的过剩功率，即DC/DC转换器101未使用的功率，以优化主要子串310的功率，到连接的DC总线400-401。因此，IC 100可以优化连接的主要子串310和连接的扩展子串300的功率产生，并且可以提升由主要子串310和扩展子串300组成的串210的电压以匹配DC总线(VDC总线)的恒定电压期望电平。
根据实施方式，IC 100的转换器可以包括DC/DC升压和降压转换器或者可以具有任何其他相关拓扑结构。因此，例如，IC 100可以增加其输出电压，以扩展子串300电流为代价，用于提升DC总线线路400-401上的DC电压，并因此提升换流器的输入电压电平，使其成为更高效。
上面公开的系统和方法监测和调节所有串输出，使得弱串和强串都将具有不因为负载和环境条件变化(例如，辐射、阴影、云层、灰尘和污垢，仅举几例)而受太阳能面板和串性能变化的影响的稳定和恒定的输出电压(期望电压)。例如，如图3所示，IC 100不断测量串输出并将其与DC总线400、401期望电压进行比较。当串的输出在给定时间内小于或大于DC总线线的期望电压时，使用DC/DC 101的IC 100将根据需要相应地改变其输出电压以保持DC总线电压400、401在期望的电压电平处恒定，同时维持串的210个子串、主要子串310和扩展子串300在它们的最大功率点处。通过将将串输出保持在恒定且稳定的电压处，同时将太阳能面板性能变化方差(Vmp)封装在串边界内，消除了串的相互干扰，使得整个阵列在其最大功率点处总是平衡。
图4是根据实施方式的描绘通过注入电路连接成阵列的太阳能面板串的示意图。在一些实施方式中，IC可以连接到扩展子串305和主要子串315并且连接到正DC总线线400，诸如IC 120所描绘的。其他实施方式也是可能的。在一个实施方式中，扩展子串直接连接到IC，其中IC使用来自扩展子串的一些功率来调节主要子串的功率。
图5是根据实施方式的描述图3的可能解决方案的示例性IC 100的一些内部部件的示意图。如本领域已知的，IC 100可以有许多电气实现方式，然而，为了实现，IC，例如使用模块升压和降压，被描绘为IC 100的实施方式。
图6是描绘根据另一个实施方式的IC的一些内部部件的示意图。在该实施方式中，IC 100可以连接到DC总线400-401和串210，该串包括主要子串310和扩展子串300。IC 100还可以在其输入端处连接到扩展子串300，该扩展子串包括一个面板或多于一个面板，如上文关于图3所述。IC 100可以包括第一MPPT机构，用于找到主要子串310的MPP。IC 100还可以包括第二MPPT机构，用于找到扩展子串300的MPP及其优化的电流和电压。在该实施方式中，图6的IC 100可以通过从扩展子串300向电容器610汲取功率来调整电容器610上的电压。IC 100可以增强/降低电容器610上的电压，同时测量来自主要子串310的功率，直到串310达到其MPPT点。因此，第一DC/DC转换器111可以用于通过将来自扩展子串300的一些功率转换成电容器610上的功率来调节串210的功率。IC 100还可以具有第二DC/DC转换器112，其在其输入端处连接到扩展子串诸如扩展子串300，并且在其输出端处连接到DC总线400-401。DC/DC转换器112可以用于找到扩展子串300的MPP以及用于将扩展子串300的电压提升至DC总线400-401的期望恒定电压电平并通过DC总线400-401将来自扩展子串300的多余功率，即在调节主要子串310的功率之后剩余的功率，利用至换流器。
图7是根据实施方式的描述图6的可能解决方案的示例性IC 100的一些内部部件的示意图。如本领域已知的，IC 100可以有许多电气实现方式，然而，为了实现，IC被描绘为IC 100的实施方式。
图8是根据实施方式的描述图6的可能解决方案的示例性IC 100的一些内部部件的示意图。如本领域已知的，IC 100可以有许多电气实现方式，然而，为了实现，IC被描绘为IC 100的实施方式。
图9是描绘根据又一个实施方式的IC的一些内部部件的示意图。在该实施方式中，IC 120类似于关于图6描述的IC 100，然而，在该实施方式中，IC 120可以具有另一个DC/DC转换器113。由于DC/DC转换器112可能必须应对其输入端处的非常高的电压变化和其输出端处的高电压变化，因此可以添加另一个DC/DC转换器113。因此，DC/DC转换器112可以被设计成应对其输入端处的高变化。但是，它们的输出可能被设计为被设置和已知。因此，换流器113只需要应对其输入端和输出端被设置和已知的电压间隙。与IC 100相比，该实施方式可以简化设计的实现方式并提高IC 120的总效率。
图10是根据实施方式的描述图9的可能解决方案的示例性IC 120的一些内部部件的示意图。如本领域已知的，IC 120可以有许多电气实现方式，然而，为了实现，IC被描绘为IC 120的实施方式。
在上面描绘的IC转换效率低下的解决方案中，在主要子串和扩展子串大小相同的最坏情况下，如果按原样转换整个串功率，由常规的面板或串优化器完成的转换损耗最多可以达到一半。
尽管以上描述公开了本发明的许多实施方式和规格，但这些是通过说明的方式描述的并且不应被解释为对本发明的范围的限制。所描述的发明可以通过在所附权利要求的范围内的许多修改来实施。
Claims (10)
1.一种用于扩展串大小并使多模块太阳能串发电系统的功率最大化的设备，所述设备包括：
至少一个串，所述至少一个串包括太阳能面板的主要子串和太阳能面板的扩展子串，所述扩展子串具有至少一个太阳能面板；
连接到所述串的DC总线；
太阳能换流器，所述太阳能换流器在所述太阳能换流器的输入端处连接到所述DC总线，以用于将来自所述至少一个串的太阳能直流电转换为交流电；以及
注入电路(IC)，所述注入电路连接到所述主要子串和所述DC总线，其中，所述IC还连接到包括至少一个太阳能面板的所述扩展子串，并且其中，所述IC使所连接的主要子串的功率产生最大化，利用所述扩展子串产生的能量来提升和调节所述DC总线的电压电平，并将来自所述扩展子串的多余功率通过所述DC总线传导至所述太阳能换流器，其中，所述IC包括：
第一MPPT机构，用于找到连接到所述IC的所述主要子串的MPP；
第二MPPT机构，用于找到连接到所述IC的所述扩展子串的MPP；
第一DC/DC转换器，用于通过对来自所述扩展子串的一些功率进行转换以将所述DC总线的电压提升到期望的电压电平，来对所连接的主要子串的功率进行转换和调节；以及
第二DC/DC转换器，用于对来自所述扩展子串的功率进行转换和调节，并将来自所述扩展子串的多余功率转换和利用至所述DC总线。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述串是太阳能面板的串阵列的一部分，其中，所述串通过所述DC总线并联连接从而形成所述太阳能面板的串阵列。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述阵列的每个所述串包括在技术和功率容量方面与所述阵列中的其他所述串不同的面板。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述主要子串包括在技术或功率容量方面与同所述主要子串相关联的所述扩展子串不同的面板。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述IC包括第三DC/DC转换器，所述第三DC/DC转换器用于将来自具有较高功率容量的面板的多余功率利用至所述DC总线。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述换流器在所述换流器的直流总线输入端处包括MPPT机构。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述换流器具有恒定的输入电压。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，将DC总线电压提升至期望的电压电平仅受本地电气规范(LEC)或所述换流器的最大输入电压的限制。
9.一种用于使多模块太阳能串发电系统的功率最大化的方法，所述方法包括：
至少一个串包括太阳能面板的主要子串和太阳能面板的扩展子串，所述扩展子串具有至少一个太阳能面板；
提供连接到所述串的DC总线；
提供太阳能换流器，所述太阳能换流器在所述太阳能换流器的输入端处连接到所述DC总线，以用于将来自所述至少一个串的太阳能直流电转换为交流电；以及
提供连接至所述DC总线的注入电路(IC)，其中，所述IC还连接至所述主要子串和所述扩展子串；
通过对来自所述扩展子串的一些功率进行转换，来将所述主要子串的电压提升至稳定的恒定期望电压电平；以及
将所述扩展子串的功率提升至稳定的恒定期望电压电平并且将来自所述扩展子串的多余功率利用至所述DC总线。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述串是太阳能面板的串阵列的一部分，其中，所述串通过所述DC总线并联连接从而形成所述太阳能面板的串阵列。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US202063118941P | 2020-11-29 | 2020-11-29 | |
| US63/118,941 | 2020-11-29 | ||
| PCT/IL2021/051402 WO2022113074A1 (en) | 2020-11-29 | 2021-11-25 | An extender and stabilizer for solar string power generation systems and a method thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116508223A true CN116508223A (zh) | 2023-07-28 |
Family
ID=81754146
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202180079698.9A Pending CN116508223A (zh) | 2020-11-29 | 2021-11-25 | 用于太阳能串发电系统的扩展器和稳定器及其方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20240004413A1 (zh) |
| EP (1) | EP4252096A1 (zh) |
| CN (1) | CN116508223A (zh) |
| AU (1) | AU2021387029A1 (zh) |
| IL (1) | IL302633A (zh) |
| WO (1) | WO2022113074A1 (zh) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011049985A1 (en) * | 2009-10-19 | 2011-04-28 | Ampt, Llc | Novel solar panel string converter topology |
| GB2496140B (en) * | 2011-11-01 | 2016-05-04 | Solarcity Corp | Photovoltaic power conditioning units |
| EP3726688A1 (en) * | 2011-07-14 | 2020-10-21 | Solaredge Technologies Ltd. | Distributed power harvesting systems using dc power sources |
| CN105827180A (zh) * | 2016-05-24 | 2016-08-03 | 西交利物浦大学 | 基于Beta参数差分功率控制的分布式光伏系统 |
| IL263277B (en) * | 2018-11-25 | 2021-12-01 | Vigdu V Tech Ltd | Correlation between different types of solar panels in a solar power generation system and application method |
-
2021
- 2021-11-25 US US18/038,572 patent/US20240004413A1/en active Pending
- 2021-11-25 EP EP21897318.8A patent/EP4252096A1/en active Pending
- 2021-11-25 WO PCT/IL2021/051402 patent/WO2022113074A1/en active Application Filing
- 2021-11-25 IL IL302633A patent/IL302633A/en unknown
- 2021-11-25 CN CN202180079698.9A patent/CN116508223A/zh active Pending
- 2021-11-25 AU AU2021387029A patent/AU2021387029A1/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2022113074A1 (en) | 2022-06-02 |
| AU2021387029A1 (en) | 2023-06-15 |
| EP4252096A1 (en) | 2023-10-04 |
| US20240004413A1 (en) | 2024-01-04 |
| IL302633A (en) | 2023-07-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Karatepe et al. | Voltage based power compensation system for photovoltaic generation system under partially shaded insolation conditions | |
| López et al. | Digital control strategy for a buck converter operating as a battery charger for stand-alone photovoltaic systems | |
| WO2005112551A2 (en) | Method for compensating for partial shade in photovoltaic power system | |
| CN102918472A (zh) | 用于调节功率转换器输入电压的方法和装置 | |
| Tsao et al. | Distributed max power point tracking for photovoltaic arrays | |
| EP2700138A2 (en) | Controlled converter architecture with prioritized electricity supply | |
| CN110301081B (zh) | 分布式/集中式优化器架构 | |
| Toumi et al. | PV Integrated single-phase dynamic voltage restorer for sag voltage, voltage fluctuations and harmonics compensation | |
| US20120033466A1 (en) | Partial power micro-converter architecture | |
| Balasubrahmanyam et al. | Detailed study of solar energy conversion system using boost converter—a new MPPT technique | |
| Yaqobi et al. | Control and energy management strategy of standalone DC microgrid cluster using PV and battery storage for rural application | |
| Dey et al. | Analysis of a Microgrid having Solar System with Maximum Power Point Tracking and Battery Energy System | |
| Janardhan et al. | Performance Investigation of Solar Photovoltaic System for Mobile Communication Tower Power Feeding Application | |
| KR20210125834A (ko) | 다수개의 태양광 모듈이 직렬 연결된 태양광 발전 시스템의 성능 향상을 위한 차동 전력변환기 및 그것을 이용한 전력제어장치 | |
| KR101281079B1 (ko) | 전력 품질이 개선된 태양광 발전시스템 및 그 운용 방법 | |
| Saroha et al. | Modelling and simulation of grid connected SPV system with active power filtering features | |
| US11874681B2 (en) | Matcher for multi module solar string power generation systems and a method thereof | |
| CN116508223A (zh) | 用于太阳能串发电系统的扩展器和稳定器及其方法 | |
| Joshi et al. | Incremental Conductance Based Maximum Power Point Tracking for PV Multi-string Power Conditioning System | |
| KR102223450B1 (ko) | 태양광 발전장치의 미스매치시 최적 제어방법 | |
| Bodele et al. | Multi‐input battery‐integrated single‐stage DC‐DC converter for reliable operation of solar photovoltaic‐based systems | |
| WO2020105031A1 (en) | A dc pullup system for optimizing solar string power generation systems | |
| Salman et al. | Impact of DC-DC Converters for DC Grid Voltage Support | |
| KR20210142217A (ko) | 전력변환기의 손실을 최소화하는 전력제어방법 | |
| Haq et al. | Photovoltaic Sudden Cloud Compensation Device Using Modified LCL Filter Converter Configuration |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |