CN117439257A - 一种采用低压二总线供电通讯的光伏优化器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用低压二总线供电通讯的光伏优化器，工作系统包括光伏板、光伏优化器、逆变器以及主机，光伏板设有若干个，光伏优化器对应光伏板设有若干个，每个光伏优化器连接若干块光伏板，用于控制所连接的光伏板的电压电流，所有的光伏优化器串联并接入逆变器，主机与所有的光伏优化器之间采用低压二总线供电技术连接，主机对光伏板串电流和串电压采样。本申请提供的采用低压二总线供电通讯的光伏优化器，采用低压二总线供电技术，通过在供电电缆上调制控制信号将主机的指令在总线上传达到每个子机，解决了光伏优化器误关断误开通的问题，让布线更简单方便，节约成本，简化施工维护。
Description
技术领域
本申请涉及功率优化器技术领域，尤其涉及一种采用低压二总线供电通讯的光伏优化器。
背景技术
随着光伏新能源产业的兴起，如何提高光伏发电效率、降低使用成本，是提高光伏新能源覆盖率的关键因素之一。目前配合光伏板使用的逆变器分为以下几种：集中式、组串式和微型逆变器。微型逆变器发电效率高，但是成本高昂，不适合在大规模发电区域使用；而集中式和组串式虽然相对成本较低，但是发电效率低，其所具有的MPPT（最大功率点追踪）针对的是两串及以上的光伏板，如果其中一块或以上的光伏板由于灰尘、树木遮挡、组件朝向差异、组件衰减不一致或自身质量问题等因素造成其发电能力不足，则会影响整串光伏板的发电效率。光伏优化器可以解决这个问题，其接在每块光伏板下面，控制每块光伏板的电压电流，使其工作在最大功率点，经串联后接入逆变器，以使最终总输出功率最大。
常规的光伏优化器与主机通信采用PLC电力线载波的方式，其发射器使用无线发射的方式，具体为检测两个固定频率的波形，当其强度和相位符合相关的规定，即认为收到了开通的信号，而其传输的信息也是以无线发射的形式在线缆上调制；亦或是采用Zigbee的通讯方式，利用网关与各节点的优化器进行数据传输，执行主机（或网关）的指令。
然而目前采用PLC（使用无线发射器提供信号）或Zigbee通讯的光伏优化器，由于都是无线通信，所以存在信号串扰的可能性。在大型电站，光伏板数量众多，使用的逆变器数量也很多，各光伏线串在进入逆变器前放置在一起，PLC或Zigbee作为一种无线通讯方式，其不可避免会产生信号辐射，导致不能精准地开通或关断光伏优化器。除非采用复杂的算法，规定每一个优化器的编号，而且按照规定要求安装，但是这样操作自然增加了器件成本和安装成本时间，并且增加了软件的复杂程度，容易出现程序错误。
发明内容
本申请实施例提供一种采用低压二总线供电通讯的光伏优化器，本发明采用低压二总线供电技术，通过在供电电缆上调制控制信号将主机的指令在总线上传达到每个子机，解决了光伏优化器误关断误开通的问题，让布线更简单方便，节约成本，简化施工维护。
本申请实施例提供了一种采用低压二总线供电通讯的光伏优化器，包括：光伏板、光伏优化器、逆变器以及主机，所述光伏板设有若干个，所述光伏优化器对应光伏板设有若干个，所述每块光伏优化器连接若干块光伏板，用于控制所连接的光伏板的电压电流，所述所有的光伏优化器串联并接入逆变器，所述主机与所有的光伏优化器之间采用低压二总线供电技术连接，所述主机对串电流和串电压采样。
本申请实施例中上述的技术方案，至少具有如下技术效果：光伏优化器实时追踪到单块光伏板的最大功率点，解决因灰尘、树木遮挡、组件朝向差异、组件衰减不一致或自身质量问题等因素所造成的光伏板发电量降低的问题，实现单块光伏板的最大功率输出和在线监控，提升系统效率。主机内部自带220VAC转24VDC的直流电源,低压二总线供电技术通过在供电电缆上调制控制信号，替代了传统分离的控制电缆和供电电缆。主机采样Vstring串电压和Vstring串电流，电压采样以保证电流不过流，电流采样以保持输出电压稳定。由上可知，本发明采用低压二总线供电技术，通过在供电电缆上调制控制信号将主机的指令在总线上传达到每个子机，解决了光伏优化器误关断误开通的问题，让布线更简单方便，节约成本，简化施工维护。
进一步的，所述主机与所述光伏优化器之间的收发器为POWERBUS总线收发器，通过本设置，利用POWERBUS的无极性接线、任意拓扑、无需隔离、通讯距离远等优势，避免了在施工中出现的接线错误，从而使施工设计更简化容易。
进一步的，所述主机采用MPPT算法，通过本设置，易于实现光伏优化器控制光伏板尽量维持最大功率输出，提高装置整体效率。
进一步的，所述光伏优化器包括主回路、隔离驱动电路、MCU接口电路和总线隔离收发控制电路，所述主回路、隔离驱动电路、MCU接口电路、总线隔离收发控制电路依次连接，所述主回路为buck-boost四开关电路，以氮化镓功率器件作为功率开关器件，通过本设置，buck-boost电路具有较高的转换效率和电压稳定性，且结构简单，体积小，性价比高，易于推广。
进一步的，所述隔离驱动电路为双路高速电容隔离驱动器驱动模块，用于光伏优化器通过氮化镓功率器件对光伏板的输出电压进行精确的控制，所述双路高速电容隔离驱动器驱动模块为功率开关器件提供隔离的驱动，通过本设置，通过对优化器输出的电流进行调节，实现整串的光伏板输出功率最高。
进一步的，所述总线隔离收发控制电路包括总线收发器U4、高速三通数字隔离器U3，所述高速三通数字隔离器U3的次级连接到MCU接口电路的串口3，所述总线收发器U4内设有直流电源LDO，用于给高速三通数字隔离器U3的输入侧供电，通过本设置，实现无极性供电架构，使信号传输稳定，简化了系统应用的设计难度，可以在有限的空间内方便地安装和布线，在效率、功耗等方面具有明显的优势，成本较低易于推广。
进一步的，所述总线收发器U4上连接有瞬态电压抑制二极管TVS1，所述瞬态电压抑制二极管TVS1连接于直流电源正负极两端，通过本设置，抑制光伏优化器工作时，电路中出现的瞬态电压峰值，以保护敏感的电子元件免受过电压的损害。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的采用低压二总线供电通讯的光伏优化器的系统拓扑图；
图2为本申请实施例提供的采用低压二总线供电通讯的光伏优化器中主回路的电路图；
图3为本申请实施例提供的采用低压二总线供电通讯的光伏优化器中隔离驱动电路的电路图；
图4为本申请实施例提供的采用低压二总线供电通讯的光伏优化器中MCU接口电路的电路图；
图5为本申请实施例提供的采用低压二总线供电通讯的光伏优化器中总线隔离收发控制电路的电路图。
具体实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，而非限制本申请。本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
以下将结合本实施例中的说明书附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
请参阅图1，一种采用低压二总线供电通讯的光伏优化器，包括：光伏板、光伏优化器、逆变器以及主机，光伏板设有若干个，光伏优化器对应光伏板设有若干个，每块光伏优化器连接一块或二块光伏板，用于控制所连接的光伏板的电压电流，所有的光伏优化器串联并接入逆变器，主机与所有的光伏优化器之间采用低压二总线供电技术连接，主机对光伏板串电流和串电压采样。
光伏优化器实时追踪到单块光伏板的最大功率点，解决因灰尘、树木遮挡、组件朝向差异、组件衰减不一致或自身质量问题等因素所造成的光伏板发电量降低的问题，实现单块光伏板的最大功率输出和在线监控，提升系统效率。主机内部自带220VAC转24VDC的直流电源,低压二总线供电技术通过在供电电缆上调制控制信号，替代了传统分离的控制电缆和供电电缆。主机采样Vstring串电压和Vstring串电流，电压采样以保证电流不过流，电流采样以保持输出电压稳定。
由以上可知，本申请实施例提供的采用低压二总线供电通讯的光伏优化器，与现有技术相比，采用低压二总线供电技术，通过在供电电缆上调制控制信号将主机的指令在总线上传达到每个子机，解决了光伏优化器误关断误开通的问题，让布线更简单方便，节约成本，简化施工维护。
在本实施例中，请参阅图1，主机与光伏优化器之间的收发器为POWERBUS总线收发器。
POWERBUS总线收发器将数据信号转换为电信号，并以电压发送，电流信号回传的方式，通过总线传输到接收端，实现了信号和供电共用一个总线的技术。它可以支持多种通信协议，如CAN、LIN、FlexRay等，此外，它还具有多种保护功能，如过压保护、过流保护、短路保护等，以确保数据传输的稳定性和安全性。本申请实施例所采用的POWERBUS总线收发器，可至多同时挂接256个设备，具备高效的电源管理功能。
如此设置，利用POWERBUS的无极性接线、任意拓扑、无需隔离、通讯距离远等优势，避免了在施工中出现的接线错误，从而使施工设计更简化容易。
在本实施例中，请参阅图1，主机采用MPPT算法。
光伏板温度和总电阻之间有复杂的关系，因此其输出效率会有非线性的关系，可以用电流-电压特性曲线来表示。MPPT（最大功率点追踪）的目的就是在光伏板的输出取样，在任意的环境条件下都设法维持最大功率输出，通过使用MPPT算法，给出每个光伏优化器当前最优的电流参数值，各优化器根据主机提供的目标电流值来调整输出电压，以达到该目标电流值。
如此设置，易于实现光伏优化器控制光伏板尽量维持最大功率输出，提高装置整体效率。
在本实施例中，请一并参阅图2至图5，光伏优化器包括主回路、隔离驱动电路、MCU接口电路和总线隔离收发控制电路，主回路、隔离驱动电路、MCU接口电路、总线隔离收发控制电路依次连接，主回路为buck-boost四开关电路，以氮化镓功率器件作为功率开关器件。
buck-boost四开关电路中Q1、Q2、Q3、Q4为功率开关器件，当输入电压高于输出的目标电压值时，采用buck模式，此时Q2常通，Q1、Q3交替导通；反之，当输入电压低于输出的目标电压值时，采用boost模式，此时Q1常通，Q2、Q4交替导通。
如此设置，buck-boost电路具有较高的转换效率和电压稳定性，且结构简单，体积小，性价比高，易于推广。
在本实施例中，请参阅图3，隔离驱动电路为双路高速电容隔离驱动器驱动模块，用于光伏优化器通过氮化镓功率器件对光伏板的输出电压进行精确的控制，双路高速电容隔离驱动器驱动模块为功率开关器件提供隔离的驱动。
功率开关器件Q1、Q2、Q3、Q4采用INN100FQ016A，由于Q1和Q2的源极浮地，必须提供隔离的电源，在本申请实施例中其基准点分别位于Q1-S和Q2-S。隔离驱动电路中U2和U5采用NSI6602芯片，一边连接MCU接口电路的PWM脚，另一边连接主回路的氮化镓，可根据输入信号的不同，实现不同的控制模式，如buck、boost等，并通过内部的保护和辅助功能提高系统的性能和可靠性。
如此设置，通过对优化器输出的电流进行调节，实现整串的光伏板输出功率最高。
在本实施例中，请一并参阅图4及图5，总线隔离收发控制电路包括总线收发器U4、高速三通数字隔离器U3，高速三通数字隔离器U3的次级连接到MCU接口电路的串口3，总线收发器U4内设有直流电源LDO，用于给高速三通数字隔离器U3输入侧供电。
总线收发器U4采用PB300芯片，内设有直流电源LDO，高速三通数字隔离器U3采用IS3731LW芯片，可同时隔离两个电路之间的信号传输，使信号传输稳定，安全性高，MCU接口电路芯片U1A采用N32G455CCL7芯片，总线收发器U4的12、13引脚分别连接MCU接口电路芯片U1A的22引脚、21引脚，总线收发器U4受主机控制，每个光伏优化器接受主机指令，以使各自的MCU调整输出电压，通过MPPT算法来达到整串光伏板输出功率最高，当市电断电时，高速三通数字隔离器U3的A1置零，单个优化器接收到的CTRL指令为0，此时光伏优化器的MCU接口电路控制Q1、Q2断开，以达到关断光伏优化器的目的。
如此设置，实现无极性供电架构，使信号传输稳定，简化了系统应用的设计难度，可以在有限的空间内方便地安装和布线，在效率、功耗等方面具有明显的优势，成本较低易于推广。
在本实施例中，请参阅图5，总线收发器U4上连接有瞬态电压抑制二极管TVS1，瞬态电压抑制二极管TVS1连接于直流电源正负极两端。
瞬态电压抑制二极管TVS1采用SMBJ28CA，连接于直流电24V正负极两端，用于抑制光伏优化器工作时，电路中出现的瞬态电压峰值，以保护敏感的电子元件免受过电压的损害。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种采用低压二总线供电通讯的光伏优化器，其特征在于，包括：
光伏板，所述光伏板设有若干个；
光伏优化器，所述光伏优化器对应光伏板设有若干个，所述每个光伏优化器连接若干块光伏板，用于控制所连接的光伏板的电压电流；
逆变器，所述所有的光伏优化器串联并接入逆变器；
以及主机，所述主机与所有的光伏优化器之间采用低压二总线供电技术连接，所述主机对光伏板串电流和串电压采样。
2.如权利要求1所述的采用低压二总线供电通讯的光伏优化器，其特征在于：所述主机与所述光伏优化器之间的收发器为POWERBUS总线收发器。
3.如权利要求1所述的采用低压二总线供电通讯的光伏优化器，其特征在于：所述主机采用MPPT算法。
4.如权利要求1所述的采用低压二总线供电通讯的光伏优化器，其特征在于：所述光伏优化器包括主回路、隔离驱动电路、MCU接口电路和总线隔离收发控制电路，所述主回路、隔离驱动电路、MCU接口电路、总线隔离收发控制电路依次连接，所述主回路为buck-boost四开关电路，以氮化镓功率器件作为功率开关器件。
5.如权利要求4所述的采用低压二总线供电通讯的光伏优化器，其特征在于：所述隔离驱动电路为双路高速电容隔离驱动器驱动模块，用于光伏优化器通过氮化镓功率器件对光伏板的输出电压进行精确的控制，所述双路高速电容隔离驱动器驱动模块为功率开关器件提供隔离的驱动。
6.如权利要求4所述的采用低压二总线供电通讯的光伏优化器，其特征在于：所述总线隔离收发控制电路包括总线收发器U4、高速三通数字隔离器U3，所述高速三通数字隔离器U3的次级连接到MCU接口电路的串口3，所述总线收发器U4内设有直流电源LDO，用于给高速三通数字隔离器U3输入侧供电。
7.如权利要求6所述的采用低压二总线供电通讯的光伏优化器，其特征在于：所述总线收发器U4上连接有瞬态电压抑制二极管TVS1，所述瞬态电压抑制二极管TVS1连接于直流电源正负极两端。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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