CN206673600U - 一种光伏微逆变器分布式发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种光伏微逆变器分布式发电系统，主要包括太阳能电池板，光伏微逆变器，监控系统，用户侧负载和双向电能表，并且，监控系统由传感器，基于 ZigBee 的无线通信网络系统；功率接口单元，移动监控终端和上位机监控中心五部分组成。其能够监测每台光伏微逆变器和整个发电系统的参数，可迅速查找故障，并保存发电系统运行的原始数据。

Description

一种光伏微逆变器分布式发电系统

技术领域

本实用新型涉及的是一种光伏微逆变器分布式发电系统。

背景技术

随着传统化石能源的加速枯竭和环境问题日益突出，太阳能以其取之不尽、用之不竭，普遍性，清洁性的优势，成为最具潜力的新能源之一。

传统的光伏逆变器集中式发电系统一般通过将多个光伏组件串联，以获得足够高的 太阳能（PV） 侧直流电压；再将串接的光伏组件并联，以获得与光伏并网逆变器相匹配的输入功率。这种方式直流能量损耗大，存在高压直流隐患；且由于光伏组件之间参数存在着差异，工作状态不同，很难保证每个光伏组件工作在最大输出功率点，影响总发电效率。

针对传统的光伏集中式发电系统的缺陷及国家大力支持光伏分布式发电政策，基于光伏微逆变器的分布式发电获得青睐。分布式光伏发电具有容量小、电压等级低、接近负荷、输配电线损失少、对电网影响小等特点，可以安全、灵活、方便地应用在工业厂房、公共建筑以及居民屋顶上。

在光伏微逆变器构成的分布式发电系统中微逆变器数量庞大，单个微逆变器以电流形式向公共电网注入电能，当大规模的光伏微逆变器并网时，使得大量的非线形开关转换器引入电网系统中。当微逆变器处于非正常工作状态时，对电力系统带来严重挑战。从工程应用实际角度看，单个微逆变器无需匹配独立显示模块，这不便于用户掌握光伏交流组件（微型逆变器与太阳能电池板组合称之为光伏交流组件）的实时工况，进而不利于准确评估整个分布式光伏发电系统的性能和效益。

发明内容

为克服上述缺陷，本实用新型提出一种光伏微逆变器分布式发电系统，其能够监测每台光伏微逆变器和整个发电系统的参数，可迅速查找故障，并保存发电系统运行的原始数据。

该光伏微逆变器分布式发电系统，主要包括太阳能电池板，光伏微逆变器，监控系统，用户侧负载和双向电能表，并且，监控系统由传感器，基于 ZigBee 的无线通信网络系统，功率接口单元，移动监控终端和上位机监控中心五部分组成，每个太阳能电池板单独与每个光伏微逆变器相连，所有光伏微逆变器并接在主干线上，经功率接口单元汇集后，一部分供用户侧负载使用，一部分通过双向电能表接入公共电网，在监控系统中，经传感器获取太阳能电池板侧电压、电流信号，公共电网电流信号，经基于ZigBee 的无线通信网络系统传给功率接口单元，功率接口单元对获取的数据进行分析处理，实时保存，一方面传到上位机监控中心，另一方面通过基于ZigBee的无线通信网络系统驱动移动监控终端进行实时显示，用户可通过上位机或移动监控终端输入操作命令，并传送至功率接口单元，功率接口单元通过基于ZigBee的无线通信网络系统控制光伏微逆变器进行相应的动作。

附图说明

下面结合附图对本专利作进一步详细的说明。

图1是根据本实用新型的一种光伏微逆变器分布式发电系统的结构图。

具体实施方式

为了更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合附图详细描述本实用新型提供的实施例。

如图1所示，光伏微逆变器分布式发电系统主要由太阳能电池板，光伏微逆变器，功率接口单元，用户侧负载，双向电能表组成。单个太阳能电池板单独与光伏微逆变器相连，所有光伏微逆变器并接在主干线上，经功率接口单元汇集，通过双向电能表接入公共电网。太阳能板产生的直流电能，经光伏微逆变器转换成工频交流电流，一部分供用户侧负载使用，一部分注入电网。

在微逆变器设计过程中，由于光伏并网微逆变器与单个太阳能电池板相连，光伏微逆变器直接将太阳能电池板输出的直流电逆变成工频交流电，注入电网，因此，光伏微逆变器分布式发电系统中只需将各光伏交流组件并接在同一主干线上，消除了各个光伏组件不匹配产生的功率损耗。单个光伏微逆变器输出功率低，一般 250W 左右，只需进行单级功率变换，提高了发电效率；采用薄膜电容代替大容量电解电容，输入侧工作电压低，微逆变器工作温度低，这都大大提高了微逆变器的寿命，使之可以与光伏组件寿命相匹配；而且各交流组件标准模块化，使得分布式发电系统更易扩展和安装。

微逆变器采用的是单级结构，与传统光伏逆变器采用的两级结构不同。传统光伏逆变器前级是升压电路，将 PV 侧升高至 400V 左右的直流电压，最大功率点跟踪（MPPT）由前级实现；后级为逆变电路，将高压直流电逆变成工频交流电，实现并网，并调节稳定中间母线侧电压。而单级结构 MPPT 控制和并网电流控制都由交错并联反激变换器级实现，后级全桥电路只用于工频电流换向。光伏微逆变器的并网电流控制策略是使用 MPPT 外环控制和并网电流内环双闭环控制方法。MPPT 外环控制采用扰动法，一是保证太阳能电池板始终工作在其最大功率点附近，另一方面与 PLL 锁相环运算得到相位角，获得电流内环的瞬时给定信号。内环采用电流环，采用 PI 控制，保证注入电网电流的质量。为了增强系统的稳定性，提高分布式发电系统的并网电能质量，在电流环 PI 控制输出端引入前馈补偿；相同型号的反激变压器、MOSFET 由于在制造过程中参数存在着差异，会导致交错反激输入侧开关管占空比即使相同，输入侧电流也会存在一定的差异。为了防止由于电流误差累计，引起两反激变压器的输入电流严重失衡，在电流环和前馈补偿的输出端引入了负载平衡控制环，进行逐周期的矫正，从而消除两反激转换器输入电流误差，达到输入侧负载平衡的效果。

光伏微型逆变器作为分布式发电系统中核心部件，其运行状态直接关系到整个发电系统性能，并且，光伏微逆变器分布式发电系统中，光伏微逆变器数量十分庞大。如不实时监控，其中之一出现故障时，查找定位起来十分的困难和麻烦，因此监控每台微逆变器显得十分必要。在该实用新型中，监控系统主要由五部分组成：一是采集电压和电流信号的传感器，二是基于 ZigBee 的无线通信网络系统；三是功率接口单元—PIU；四是移动监控终端；五是上位机监控中心。

光伏微逆变器分布式发电系统中，经传感器获取 PV 侧电压、电流信号，并网电流等信号，经基于ZigBee的 无线通信网络系统传给功率接口单元，功率接口单元对获取的数据进行分析处理，实时保存，一方面经RS485 通信接口传到上位机监控中心，另一方面通过基于ZigBee的 无线通信网络系统驱动移动监控终端进行实时显示。用户亦可通过上位机或移动监控终端输入操作命令，经 RS485 或 ZigBee 网络传送至功率接口单元，功率接口单元通过ZigBee 无线通信的网络系统控制微逆变器进行相应的动作。

另外，光伏微逆变器分布式发电系统发出的电能一部分供用户端负载使用，多余的电能经双向电能表注入电网；当发电系统产生的电能不足以供应用户端负载时，则经双向电能表向电网取电。双向电能表的作用是计量用户端的净发电量。

该光伏微逆变器分布式发电系统具有以下特点：

(1) 能够监测每台光伏微逆变器 PV 侧输入电压、输入电流，并网电流，输出功率和整个发电系统的并网电流、电网电压、电网频率、总发电量等参数；指导用户对设备进行操作管理，降低系统的维修费用；让用户随时掌握“发电厂”的发电量及其带来的经济效益与社会效益。

(2) 微逆变器分布式发电系统微逆变器数量庞大，当系统中某微逆变器发生故障时，经数据分析或者监控系统故障提示，可迅速查找出故障机；并根据记录的历史数据，精确定位至单个微逆变器内的故障位置和原因。

(3) 保存发电系统运行的原始数据，建立一套数据库。这不仅为以后系统的改进和优化，提供有价值的数据，并对故障的分析和科学研究都有重要的意义。

Claims (1)

1.一种光伏微逆变器分布式发电系统，主要包括太阳能电池板，光伏微逆变器，监控系统，用户侧负载和双向电能表，并且，监控系统由传感器，基于 ZigBee 的无线通信网络系统，功率接口单元，移动监控终端和上位机监控中心五部分组成，每个太阳能电池板单独与每个光伏微逆变器相连，所有光伏微逆变器并接在主干线上，经功率接口单元汇集后，一部分供用户侧负载使用，一部分通过双向电能表接入公共电网，在监控系统中，经传感器获取太阳能电池板侧电压、电流信号，公共电网电流信号，经基于ZigBee 的无线通信网络系统传给功率接口单元，功率接口单元对获取的数据进行分析处理，实时保存，一方面传到上位机监控中心，另一方面通过基于ZigBee的无线通信网络系统驱动移动监控终端进行实时显示，用户可通过上位机或移动监控终端输入操作命令，并传送至功率接口单元，功率接口单元通过基于ZigBee的无线通信网络系统控制光伏微逆变器进行相应的动作。