CN204497847U - 光伏电站监控管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公布了一种光伏电站监控管理系统，包括多个光伏组件、多个DC-DC变换器和一个并网变换器；所述光伏组件的输出端与相应的DC-DC变换器的输入端并联，并且每个所述光伏组件的输出侧串联，由此形成直流发电组串；所述直流发电组串中的所述光伏组件串联后的输出端形成高压直流母线，所述直流发电组串中的所述DC-DC变换器的输出端直接与后端的高压直流母线并联，所述高压直流母线通过并网逆变器连接到外部电网。本实用新型的光伏发电监控管理系统具系统效率高，自身损耗低，不再具有固有的功率变换损失，系统全负载范围内的综合变换效率可以达到99.5％以上。

Description

光伏电站监控管理系统

技术领域

本实用新型涉及一种光伏电站监控管理系统。

背景技术

目前，发展和利用太阳能、热电等新型能源发电技术是应对能源和环境危机的重要举措。由于新能源发电设备成本高且能量转换效率低，极大增加了发电成本，限制了新能源发电技术的推广和应用。下面以太阳能光伏发电系统为例来说明本发明的应用背景。光伏并网发电是太阳能发电应用最主要的方式，据统计，全世界超过90％的光伏发电设备安装容量为并网应用，这是因为并网应用相对独立光伏系统有成本低和免维护等优势。光伏并网发电系统分为集中式和分布式两种类型。分布式MPPT系统可以保证每个光伏组件工作在各自的最大功率点，解除各个组件直接串并联连接时存在的电压或电流耦合，消除光伏组件之间特性不一致或环境条件不一致时因为彼此相互影响导致的发电量降低问题，改善系统发电效率，同时提高系统可靠性高，因而受到广泛关注。现阶段分布式MPPT系统普遍通过串联方式接入光伏组件后端，每个MPPT系统处理的是与其相连的光伏组件整体功率，所以使得每个分布式MPPT系统的自损耗较大、发热量较大、成本较高、可靠性也下降。综合考虑到分布式发电的特点，其成本较传统发电系统有了较大的提高，因此分布式MPPT系统的发电量和成本是个非常关键的问题。同时，传统发电系统为了提高低压供电效率、降低线路电流一般采用升压式(BOOST)直流(DC)供电方式。升压式(BOOST)直流(DC)供电当输出产生短路故障，输出电压低于输入电压时，BOOST电路功能失效，输入电源直接对电网短路，大电流(大功率)系统短路保护控制难度很大，导致传统的发电系统的输出稳定性差，效率低、可靠性不高。

另外，现有的新型能源发电站都是分布式电站，这种电站很分散、规模小，如果分散运维管理，人力成本高，影响投资回收效益，所以就需要一种能够集中监控和管理的光伏发电系统来解决这个难题。

实用新型内容

本实用新型目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种光伏电站监控管理系统。

本实用新型为实现上述目的，采用如下技术方案：一种光伏电站监控管理系统，包括多个光伏组件、多个DC-DC变换器和一个并网变换器；所述光伏组件的输出端与相应的DC-DC变换器的输入端并联，并且每个所述光伏组件的输出侧串联，由此形成直流发电组串；所述直流发电组串中的所述光伏组件串联后的输出端形成高压直流母线，所述直流发电组串中的所述DC-DC变换器的输出端直接与后端的高压直流母线并联，所述高压直流母线通过并网逆变器连接到外部电网；

其中，所述并网逆变器的输出端还连接到电流采样反馈电路，所述电流采样反馈电路的输出端与PWM升压控制电路连接，所述PWM升压控制电路的输出端分别与所述DC-DC变换器的控制输入端连接；所述PWM升压控制电路包括与电流采样反馈电路的输出端连接的PWM控制器，所述PWM控制器的输出端与信号合成电路连接，所述信号合成电路的输出端与驱动开关电路连接，所述驱动开关电路的输出端依次通过隔离滤波电路与所述DC-DC变换器的控制输入端连接；

还包括用于采集光伏组件输出电压和电流的数据采集模块，所述数据采集模块的输出端与数据处理模块连接，所述数据处理模块的输出端与网络交换模块连接，所述网络交换模块的输出端与远程监控管理模块连接。

本实用新型的有益效果：本发明的光伏电站监控管理系统具系统效率高，自身损耗低，不再具有固有的功率变换损失，系统全负载范围内的综合变换效率可以达到99.5％以上。另外，在系统接入到电网之前可通过电流采样反馈电路将精确采集直流电流，并通过PWM升压控制电路控制DC-DC变换器，保证系统输出的可靠性，即使DC-DC变换器失效也不会对系统的运行产生影响。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理图。

图2为本实用新型的PWM升压控制电路工作原理图。

具体实施方式

图1、图2所示，涉及一种光伏电站监控管理系统，包括多个光伏组件1、多个DC-DC变换器2和一个并网变换器3；所述光伏组件1的输出端与相应的DC-DC变换器2的输入端并联，并且每个所述光伏组件1的输出侧串联，由此形成直流发电组串7；所述直流发电组串7中的所述光伏组件1串联后的输出端形成高压直流母线，所述直流发电组串7中的所述DC-DC变换器2的输出端直接与后端的高压直流母线并联，所述高压直流母线通过并网逆变器3连接到外部电网4；其中，所述并网逆变器3的输出端还连接到电流采样反馈电路5，所述电流采样反馈电路5的输出端与PWM升压控制电路6连接，所述PWM升压控制电路6的输出端分别与所述DC-DC变换器2的控制输入端连接。本实用新型的系统中还包括用于采集光伏组件7输出电压和电流的数据采集模块8，所述数据采集模块8的输出端与数据处理模块9连接，所述数据处理模块9的输出端与网络交换模块10连接，所述网络交换模块10的输出端与远程监控管理模块11连接。

这样就可以通过数据采集模块8采集光伏电站中各个光伏组件7的输出电压和电流，并将采集到的数据发送给数据处理模块9进行电信号处理并转换成合适的协议通过网络送到网络交换模块9，最终送到远程监控管理模块11进行实时监控管理。

其中，为了使得整个光伏系统的具有更好的转换效率、更高的功率因数和功率密度、以及更高的可靠性；本系统中的所述PWM升压控制电路6可采用如下技术方案：其包括与电流采样反馈电路5的输出端连接的PWM控制器61，所述PWM控制器61的输出端与信号合成电路62连接，所述信号合成电路62的输出端与驱动开关电63路连接，所述驱动开关电路63的输出端通过隔离滤波电路64与所述DC-DC变换器2的控制输入端连接。

1)当系统开始工作时，DC-DC变换器分别对每个光伏组件的输出功率差异做MPPT，输出功率分别为p1＝i1*u1，p2＝i2*u2，pn＝in*un，单个光伏组件的输出功率差异Δpn＝pn－min{i1，i2…in}*un；

该步骤中DC-DC变换器对光伏组件输出功率差异部分做MPPT时，当DC-DC变换器增大电压后，如果组件整体功率增大则电压继续增加至组件整体功率变小为止；当DC-DC变换器降低电压后，如果组件整体功率增加则电压继续降低至组件整体功率变小为止；

(2)后端并网逆变器对整个光伏发电系统做MPPT，输出功率为pbus1＝min{i1，

i2…in}*ubus；

(3)DC-DC变换器将n个光伏组件输出功率差异Δp1，Δp2，…Δpn直接并

入后端直流母线，总和为pbus2＝ΔP1+Δp2+…+Δpn；

(4)整个光伏发电系统的最大输出功率pmax＝Pbus1+Pbus2；

(5)当前端光伏组件的输出电流一致时，即i1＝i2＝i3＝…＝in，Δpn＝pn-min{i1，i2…in}*un＝0，后端并网逆变器对光伏发电系统做MPPT的输出功率

pbus1＝in*ubus，DC-DC变换器将n块光伏组件输出功率差异之和pbus2＝ΔP1+Δp2+…+Δpn＝0直接并入后端直流母线，整个发电系统的最大输出功率为pmax＝Pbus1+pbus2＝in*ubus；

(6)当前端光伏组件输出电流不一致时，即i1≠i2≠i3≠…≠in，Δpn＝pn-min{i1，i2。。。in}*un≠0，后端并网逆变器对光伏发电系统做MPPT的输出功率pbus1＝min{i1，i2。。。in}*ubus，DC-DC变换器将n块光伏组件输出功率差异之和pbus2＝Δp1+Δp2+…+Δpn﹥0直接并入后端直流母线，整个光伏发电系统的最大输出功率pmax＝Pbus1+Pbus2＝min{i1，i2…in}*ubus+Δp1+Δp2+…+Δpn；

(7)经过以上步骤(5)和步骤(6)的判断，无论前端n个光伏组件的输出电流是否有差异，整个发电系统总是可以获得最大功率pmax输出。

(8)在并网逆变器的输出端接入到电网之前设置电流采样反馈电路，通过该电流采样反馈电路精确采集并网逆变器输出的直流电流，并通过PWM升压控制电路控制相应的DC-DC变换器的输出，保证了系统输出的可靠性；这样即使DC-DC变换器失效也不会对系统的运行产生影响。

由上述方案可知，本实用新型的光伏发电系统利用DC-DC变换器和后端并网逆变器分别对单个光伏组件输出功率差异部分以及整个光伏发电系统的输出功率做MPPT，同时DC-DC变换器可以将单个光伏组件功率差异部分直接并入后端直流母线，通过两种MPPT功能的相互协调配合，使得整个新能源发电系统达到最大功率输出。

另外，由于DC-DC变换器仅将单个光伏组件输出功率差异部分(占整体功率的10％～20％)做MPPT，所以其功率等级只是光伏组件的10％～20％，因此发热量非常小、体积重量也得到极大减小、成本降低，从根本上改善了新能源发电系统的系统效率，达到提高发电量、降低成本的目的。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种光伏电站监控管理系统，其特征在于，包括多个光伏组件、多个DC-DC变换器和一个并网变换器；所述光伏组件的输出端与相应的DC-DC变换器的输入端并联，并且每个所述光伏组件的输出侧串联，由此形成直流发电组串；所述直流发电组串中的所述光伏组件串联后的输出端形成高压直流母线，所述直流发电组串中的所述DC-DC变换器的输出端直接与后端的高压直流母线并联，所述高压直流母线通过并网逆变器连接到外部电网；

其中，所述并网逆变器的输出端还连接到电流采样反馈电路，所述电流采样反馈电路的输出端与PWM升压控制电路连接，所述PWM升压控制电路的输出端分别与所述DC-DC变换器的控制输入端连接；所述PWM升压控制电路包括与电流采样反馈电路的输出端连接的PWM控制器，所述PWM控制器的输出端与信号合成电路连接，所述信号合成电路的输出端与驱动开关电路连接，所述驱动开关电路的输出端依次通过隔离滤波电路与所述DC-DC变换器的控制输入端连接；

还包括用于采集光伏组件输出电压和电流的数据采集模块，所述数据采集模块的输出端与数据处理模块连接，所述数据处理模块的输出端与网络交换模块连接，所述网络交换模块的输出端与远程监控管理模块连接。