CN203772971U - 一种光伏电站运行状况监测器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光伏电站运行状况监测器，它包括功率变换单元和通讯单元两部分；在不改变电站原来拓扑的情况下，功率变换单元可根据需要进行升、降压变换，实现对应组件MPPT的同时对存在的串、并联耦合实现解耦，并采样电压、电流、功率、发电量数据；通讯单元将采样数据传送至上位机的用户界面；功率变换单元实现对应组件的MPPT，得到单块组件的理论发电量，单块组件的理论发电量再通过简单计算即可得到电站理论发电量，电站业主即可据此判断电站运行状况，若实际发电量与理论发电量相符说明电站运行正常，若实际发电量与理论发电量相差较大，说明电站运行存在问题，需针对性解决以提高电站运行效率。

Description

一种光伏电站运行状况监测器

技术领域

本实用新型属新能源技术领域，具体涉及光伏电站运行状况的监测技术。

背景技术

发展和利用太阳能发电技术是应对能源和环境危机的重要举措。电站根据逆变器的功率、电压额定值确定其连接拓扑，组件经过串联形成一定电压范围的组串，组串电压在逆变器电压额定值以内，若干组串并联起来构成阵列接入逆变器，阵列功率在逆变器功率额定值以内；逆变器对阵列进行统一的MPPT控制。

电站的运行受灰尘、草木、云彩等遮挡阴影，组件损坏或者部分损坏等多种因素影响。

另外，同一组串的组件串联，电流相等形成串联耦合；同一阵列的组串并联，电压相等形成并联耦合。

影响发电量的因素再经过串并联耦合，进一步影响整个系统的发电量；例如组串中的某一组件因为遮挡造成电流下降，因为串联耦合电流相等，同组串的其他组件电流必然也会下降；同一阵列组串受各种因素影响，不同组串的最大功率点电压不同，但因为并联耦合电压相等，系统无法实现所有组串的MPPT。

基于上述原因，电站的监测就非常重要，通过监测业主可以判断电站的运行是否有问题。目前电站都是通过PR(Performance Ratio)来判断电站的运行状况，PR是通过测试辐照度、纬度、安装角度、组件效率、逆变器效率等数据再计算得到，转换环节多，受测量精度、换算误差等多种因素影响，难以精确判断。

实用新型内容

针对现有电站测技术中因为转换环节过多而无法精确判断的问题，本实用新型的目的在于提供一种电站运行状况监测器。该监测器通过实现所安装组件的MPPT，避免了其它组件上各种影响发电量的因素在串、并联耦合下对该组件发电量造成的影响，直接得到单块组件理论发电量数据，避免了从其它量进行推算造成的误差，单块组件理论发电量数据再乘以组件数，即可得到电站理论发电量数据。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：

一种光伏电站运行状况监测器，所述光伏电站运行状况监测器包括功率变换单元和通讯单元两部分，所述功率变换单元通信连接通讯单元构成光伏电站运行状况监测器，该光伏电站运行状况监测器的输入端与光伏电站逆变器系统中的任一运行正常的组件的输出并联，光伏电站运行状况监测器的输出端与相邻的组件依次串联，实现组件的MPPT。

在监测器优选实例中，所述功率变换单元与通讯单元之间通过RS-232、RS-485或SPI方式进行通讯。

进一步的，所述通讯单元可通过2G或者3G的移动通讯方式将数据传到互联网，并最终传送到电脑、手机等用户终端。

进一步的，所述功率变换单元为隔离或者非隔离升降压DC-DC变换器。

根据上述方案形成的本实用新型具有如下优点：

（1）成本低；利用电站已有的光伏组件，通过电力变换拓扑实现该组件的MPPT以得到其理论发电量，不需要其他额外的测量设备；

（2）精度高；直接得到发电量数据，不需要换算，避免了换算误差；

（3）安装简便；接入已有的拓扑即可，可用于已运行的电站，也可用于新建电站；

（4）不影响系统原有拓扑连接和工作。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本实用新型。

图1为本实用新型提供的光伏电站运行状况监测器应用于一个逆变器系统的示意图；

图中：101₁₁-101_mn—组件；102—光伏电站运行状况监测器；103—逆变器；104—电网；105—直流母线；u_bus—并网逆变器直流输入侧母线电压；p₁₁-p_mn—对应组件的输出功率；i₁₁-i_mn—对应组件的输出电流；i_ij2—光伏电站运行状况监测器输出电流；i_string1-i_stringn对应组串的电流。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

参见图1，m个组件101₁₁-101_mn串联形成组串，n个组串之间通过直流母线105并联于逆变器103的输入，同时逆变器103的输出接入电网104，由此构成一个逆变器系统。在理想情况下，该逆变器系统每个组件都能实现MPPT，即每个组件的输出功率p₁₁-p_mn都是相等的，都是此刻条件下组件的最大输出功率p_max。

但实际运行中每块组件的输出功率受灰尘、草木、云彩等遮挡阴影，组件损坏或者部分损坏等多种因素影响；另外，这些影响因素在串并联耦合的作用下又互相影响；使得每个组件的输出功率p₁₁-p_mn都一定程度低于最大输出功率p_max，低的程度取决于影响因素的大小及其串并联耦合的影响；这就使得整个系统难以判断其MPPT的实现情况。

本实用新型在任一正常组件101_ij上安装光伏电站运行状况监测器102，光伏电站运行状况监测器可以实现串、并联耦合的解耦，实现对应组件的MPPT，即得到此刻条件下组件准确的p_max，p_max再乘以组件数量即可得到整个系统或者电站的理论发电量。

具体的，该光伏电站运行状况监测器102包括功率变换单元和通讯单元两部分。功率变换单元和通讯单元之间通过RS-232、RS-485、SPI等各种方式进行通讯连接，构成光伏电站运行状况监测器102。其中，功率变换单元的输入端作为光伏电站运行状况监测器102的输入端，并联到安装组件，功率变换单元的输出端作为光伏电站运行状况监测器102的输出端，与相邻组件依次串联。

其中的，功率变换单元为隔离或者非隔离升降压DC-DC变换器，根据MPPT控制原则，进行升压、或者降压变换，解除串、并联耦合，实现组件的MPPT。由此形成的功率变换单元实现对应组件的MPPT的同时也实现了对串、并联耦合的解耦，避免了其他组件上影响发电量的各种因素通过串、并联耦合对安装组件发电量造成的影响。

通讯单元可通过2G或者3G的移动通讯方式将数据传到互联网，并最终传送到电脑、手机等用户终端。

参见图1，由此形成的光伏电站运行状况监测器在使用时，其输入端与任一运行正常的组件（如图1中组件101_ij）的输出并联，其输出端与相邻的组件依次串联。进行监测时，光伏电站运行状况监测器中的功率变换单元即隔离或者非隔离升降压DC-DC变换器根据MPPT控制原则，对连接组件进行升、或者降压变换、实现串、并联耦合的解耦，在不影响组串系统正常工作的情况下，实现对应连接的组件的MPPT，实现对应组件MPPT的同时对存在的串、并联耦合实现解耦，并采样电压、电流、功率、发电量数据，即得到此刻条件下组件准确的p_max，测试的p_max传至通讯单元。

由通讯单元通过2G或者3G的移动通讯方式将数据传到互联网，并最终传送到电脑、手机等用户终端。用户终端根据p_max再乘以组件数量即可得到整个系统或者电站的理论发电量；最后，通过实际发电量与理论发电量比较即可确定电站运行状况。

电站业主即可据此判断电站运行状况，若实际发电量与理论发电量相符说明电站运行正常，若实际发电量与理论发电量相差较大，说明电站运行存在问题，需针对性解决以提高电站运行效率。

本实用新型通过解耦实现一个组件MPPT的办法，得到整个系统或者电站的理论发电量，用于判断电站运行状况；仅需要一台DC-DC变化器，成本低；不需改变原有拓扑，可安装于任意运行正常组件，安装简便、易于操作；直接得到发电量数据，避免换算误差，数据准确可靠。

其中，光伏电站运行状况监测器直接得到发电量数据，避免通过辐照度等数据换算造成的误差；

同时，光伏电站运行状况监测器可安装于电站中任一运行正常的组件，不需额外安装组件或者其他检测设备；

再者，光伏电站运行状况监测器的接入不改变电站原有拓扑连接方式。以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种光伏电站运行状况监测器，其特征在于，所述光伏电站运行状况监测器包括功率变换单元和通讯单元两部分，所述功率变换单元通信连接通讯单元构成光伏电站运行状况监测器，该光伏电站运行状况监测器的输入端与光伏电站逆变器系统中的任一运行正常的组件的输出并联，光伏电站运行状况监测器的输出端与相邻的组件依次串联，实现组件的MPPT。

2.根据权利要求1所述的一种光伏电站运行状况监测器，其特征在于，所述功率变换单元与通讯单元之间通过RS-232、RS-485或SPI方式进行通讯。

3.根据权利要求1所述的一种光伏电站运行状况监测器，其特征在于，所述通讯单元可通过2G或者3G的移动通讯方式将数据传到互联网，并最终传送到电脑、手机等用户终端。

4.根据权利要求1所述的一种光伏电站运行状况监测器，其特征在于，所述功率变换单元为隔离或者非隔离升降压DC-DC变换器。