CN207442731U - 一种光伏发电的电势诱导衰减的电气调节系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种光伏发电的电势诱导衰减的电气调节系统，包括：光伏阵列、逆变器、PID动态抑制电路和交流配电单元。光伏阵列的输出端与逆变器的直流输入端相连，逆变器的输出端与交流配电单元的输入端相连。PID动态抑制电路的输入端与逆变器的直流输入端相连，PID动态抑制电路的输出端与逆变器的母线中点N相连。PID动态抑制电路用于实时检测逆变器直流输入端的PV负极的对地电压，并根据所述PV负极的对地电压调节逆变器的母线中点N的电压，使PV负极的对地电压大于零。本实用新型能智能抑制电势诱导衰减和在线修复发生电势诱导衰减的电池板，增加光伏发电的收益。

Description

一种光伏发电的电势诱导衰减的电气调节系统

技术领域

本实用新型涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种光伏发电的电势诱导衰减的电气调节系统。

背景技术

太阳能是一种人类取之不尽用之不竭的可再生能源，它具有清洁性、安全性、广泛性、持久性、充足性、易维护性及潜在的经济性等优点，具有重要的战略地位。太阳能发电是一种使可再生能源被利用的新兴方式。在经历了过去十多年的快速发展建设后，目前全球光伏装机容量在 200GW-300GW之间，光伏太阳能发电行业已成为能源领域举足轻重的主要组成部分。光伏太阳能产业被列入我国战略性新兴产业领域，中国已从 2014年开始跃居光伏新增装机量世界首位，已于2015年已达到全球光伏发电总量的四分之一。因此，研究和解决光伏太阳能发电行业的具体问题有着极大的实际意义。

电势诱导衰减PID(Potential Induced Degradation)现象是指在高温多湿环境下，高电压流经太阳能电池单元便会导致输出功率下降的现象，是太阳能电池所特有的现象。在过去的几十年里，由于系统偏压而引起组件功率大幅衰减，有的光伏组件衰减甚至超过50％，造成光伏发电电站收益的严重下降。

实用新型内容

本实用新型提供一种光伏发电的电势诱导衰减的电气调节系统，解决现有光伏发电产生电势诱导衰减造成输出功率下降，且无法智能抑制电势诱导衰减和在线修复发生电势诱导衰减的电池板的问题，可提高光伏发电设备的使用寿命，确保光伏发电设备输出稳定的功率，有效增加光伏发电的收益。

为实现以上目的，本实用新型提供以下技术方案：

一种光伏发电的电势诱导衰减的电气调节系统，包括：光伏阵列、逆变器、PID动态抑制电路和交流配电单元；

所述光伏阵列的输出端与逆变器的直流输入端相连，为所述逆变器提供直流电源，所述逆变器的输出端与所述交流配电单元的输入端相连，为输出电网提供交流电；

所述PID动态抑制电路的输入端与所述逆变器的直流输入端相连，所述PID动态抑制电路的输出端与所述逆变器的母线中点N相连；

所述PID动态抑制电路用于实时检测所述逆变器直流输入端的PV负极的对地电压，并根据所述PV负极的对地电压调节所述逆变器的母线中点N的电压，使所述PV负极的对地电压大于零。

优选的，还包括：PID在线改善电路；

所述PID在线改善电路的输入端与所述逆变器的直流输入端相连，所述PID在线改善电路的输出端与所述光伏阵列的输入端相连；

所述PID在线改善电路用于根据各个光伏阵列的输出电压并判断所述光伏阵列是否发生PID现象，在所述光伏阵列的输出电压小于设定电压阈值时，如果确定所述光伏阵列发生PID现象，则在所述逆变器停止工作时，所述PID在线改善电路根据所述输出电压输出直流电源对发生PID现象的所述光伏阵列的电池板施加反向电压，以修复所述电池板。

优选的，还包括：MCU；

所述MCU的第一输出端与所述PID动态抑制电路的控制端相连，所述MCU的第二输出端与所述PID在线改善电路的控制端相连；

所述MCU用于根据所述PV负极的对地电压控制所述PID动态抑制电路输出的电压值；

所述MCU还用于根据所述光伏阵列的输出电压确定是否发生PID现象，并控制所述PID在线改善电路输出的电压值。

优选的，所述PID动态抑制电路包括：电压检测电路、PWM输出电路、可调直流源电路和虚拟接地电路；

所述PWM输出电路的输入端与所述电压检测电路的输出端相连，所述PWM输出电路的输出端与所述可调直流源电路的控制端相连，所述可调直流源电路的输出端与所述虚拟接地电路的输入端相连；

所述虚拟接地电路的输出端作为所述PID动态抑制电路的输出端，所述电压检测电路的输入端作为所述PID动态抑制电路的输出端，所述PWM 输出电路的控制端作为所述PID动态抑制电路的控制端。

优选的，所述电压检测电路包括：分压采样电路、运算放大调理电路和隔离光耦电路；

所述分压采样电路对所述光伏阵列输出端的电压进行分压采样并输出高压检测信号，所述运算放大调理电路对所述高压检测信号进行放大调理并发送给所述隔离光耦电路，所述隔离光耦电路对调理后的高压检测信号进行电气隔离后输出低压检测信号。

优选的，所述可调直流源电路采用反激式拓扑结构，所述可调直流源电路根据所述PWM输出电路输出的PWM信号将公共电网输入的交流电调节输出为0～100V的直流电压。

优选的，所述虚拟接地电路采用电阻星形连接拓扑结构，所述虚拟接地电路包括：第一电阻、第二电阻和第三电阻；

所述第一电阻的一端、所述第二电阻的一端和所述第三电阻的一端均相连于一点，作为所述虚拟接地电路的输出端；

所述第一电阻的另一端、所述第二电阻的另一端和所述第三电阻的另一端分别与所述逆变器输出端的三根火线连接，其中，所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻的阻值相等。

优选的，所述PID动态抑制电路还包括：漏电检测电路；

所述漏电检测电路用于检测所述逆变器的母线中点N的漏电电流并输送给所述MCU，在所述漏电电流大于设定电流阈值时，所述MCU上报故障报警信号，并执行中断处理程序。

优选的，所述PID在线改善电路包括：信号发生电路、可控直流电源和切换电路；

所述信号发生电路的输入端作为所述PID在线改善电路的控制端，所述信号发生电路的输出端与所述可控直流电源的控制端相连，所述可控直流电源的输出端与所述切换电路的输入端相连，所述切换电路的输出端作为所述PID在线改善电路的输出端；

所述MCU通过所述PID动态抑制电路得到所述光伏阵列的输出电压，并统计设定时间内的平均输出电压，如果所述平均输出电压小于设定电压阈值，则所述MCU确定所述光伏阵列发生PID现象，所述MCU输出控制信号给所述信号发生电路，使所述信号发生电路控制所述可控直流电源输出设定电压，并通过所述切换电路对所述光伏阵列的电池板施加反向电压；

所述切换电路用于切换所述光伏阵列与所述逆变器或所述可控直流电源的电连接。

优选的，所述切换电路的控制端与所述MCU的第三输出端相连，所述MCU通过所述切换电路控制所述光伏阵列与所述逆变器或所述可控直流电源导通或断开。

本实用新型提供一种光伏发电的电势诱导衰减的电气调节系统，通过对光伏阵列的输出电压进行检测，并根据输出电压调节逆变器的母线中点 N的电压，使所述PV负极的对地电压大于零，从而防止光伏阵列产生PID 现象；同时，还根据所述输出电压确定所述光伏阵列是否发生PID现象，如果是，则对所述光伏阵列的电池板施加反向电压，以修复电池板。解决现有光伏发电产生电势诱导衰减造成输出功率下降，且无法智能抑制电势诱导衰减和在线修复发生电势诱导衰减的电池板的问题，可提高光伏发电设备的使用寿命，确保光伏发电设备输出稳定的功率，有效增加光伏发电的收益。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的具体实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1：是本实用新型提供的一种光伏发电的电势诱导衰减的电气调节系统示意图；

图2：是本实用新型实施例提供的一种虚拟接地电路示意图；

图3：是本实用新型提供的一种光伏发电的电势诱导衰减的电气调节方法流程图。

附图标记

11 光伏阵列

12 PID动态抑制电路

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本实用新型实施例作进一步的详细说明。

针对当前光伏发电易产生PID现象，造成发电系统设备功率下降、收益成本降低。本实用新型提供一种光伏发电的电势诱导衰减的电气调节系统，解决上述问题，可提高光伏发电设备的使用寿命，确保光伏发电设备输出稳定的功率，有效增加光伏发电的收益。

如图1所示，一种光伏发电的电势诱导衰减的电气调节系统，包括：光伏阵列11、逆变器、PID动态抑制电路12和交流配电单元。所述光伏阵列11的输出端与逆变器的直流输入端相连，为所述逆变器提供直流电源，所述逆变器的输出端与所述交流配电单元的输入端相连，为输出电网提供交流电。所述PID动态抑制电路12的输入端与所述逆变器的直流输入端相连，所述PID动态抑制电路12的输出端与所述逆变器的母线中点N相连。所述PID动态抑制电路12用于实时检测所述逆变器直流输入端的PV负极的对地电压，并根据所述PV负极的对地电压调节所述逆变器的母线中点N 的电压，使所述PV负极的对地电压大于零，从而防止PID现象的产生。

具体地，通过在逆变器的母线中点N和光伏阵列PE间注入直流电压，从而提高电池板PV-对地电压，达到减小PID衰减的目的。通过PID动态抑制电路对逆变器直流输入端的PV负极对地电压进行实时监测，并根据 PV负极对地电压对可调直流源电路调节逆变器的母线中点N的电压。因逆变器的母线中点N与光伏阵列PE是相连的，故通过此种闭环动态控制调节，最终可使PV负极对地电压始终大于零，能有效抑制电势诱导衰减的产生，增加太阳能的发电。

进一步，该系统还包括：PID在线改善电路，所述PID在线改善电路的输入端与所述逆变器的直流输入端相连，所述PID在线改善电路的输出端与所述光伏阵列的输入端相连。所述PID在线改善电路用于根据各个光伏阵列的输出电压并判断所述光伏阵列是否发生PID现象，在所述光伏阵列的输出电压小于设定电压阈值时，如果确定所述光伏阵列发生PID现象，则在所述逆变器停止工作时，所述PID在线改善电路根据所述输出电压输出直流电源对发生PID现象的所述光伏阵列的电池板施加反向电压，以修复所述电池板。

具体地，利用光伏太阳能电池电势诱导衰减部分可逆的特点，通过在逆变器停止工作时(如夜间、辐照度低时)，使用独立的直流源对光伏电池板施加反向电压，间歇性的修复在白天发生PID现象的电池板。所述PID 在线改善电路通过与逆变器和PID动态抑制电路12进行数据通讯、收集并统计各个光伏阵列的历史工作电压、电流、温度等信息，从而初步判断光伏阵列是否发生PID现象，如果是则根据光伏阵列的输出电压确定针对每一个光伏阵列的激活电压值的大小以及激活时间，以实现对电池板的修复。

该系统还包括：MCU，所述MCU的第一输出端与所述PID动态抑制电路的控制端相连，所述MCU的第二输出端与所述PID在线改善电路的控制端相连。所述MCU用于根据所述PV负极的对地电压控制所述PID动态抑制电路输出的电压值。所述MCU还用于根据所述光伏阵列的输出电压确定是否发生PID现象，并控制所述PID在线改善电路输出的电压值。

在实际应用中，所述MCU包括：模数转换单元、微处理器和数模转换单元，所述微处理器的输入端与所述模数转换单元的输出端相连，所述微处理器的输出端与所述数模转换单元的输入端相连，所述模数转换单元的输入端作为MCU的输入端，所述数模转换单元的输出端作为MCU的输出端。

进一步，所述PID动态抑制电路12包括：电压检测电路、PWM输出电路、可调直流源电路和虚拟接地电路。所述PWM输出电路的输入端与所述电压检测电路的输出端相连，所述PWM输出电路的输出端与所述可调直流源电路的控制端相连，所述可调直流源电路的输出端与所述虚拟接地电路的输入端相连。所述虚拟接地电路的输出端作为所述PID动态抑制电路12的输出端，所述电压检测电路的输入端作为所述PID动态抑制电路 12的输出端，所述PWM输出电路的控制端作为所述PID动态抑制电路12 的控制端。

更进一步，所述电压检测电路包括：分压采样电路、运算放大调理电路和隔离光耦电路。所述分压采样电路对所述光伏阵列输出端的电压进行分压采样并输出高压检测信号，所述运算放大调理电路对所述高压检测信号进行放大调理并发送给所述隔离光耦电路，所述隔离光耦电路对调理后的高压检测信号进行电气隔离后输出低压检测信号。

需要说明的是，所述电压检测电路检测对象是是高压直流电压，量程 0至1000V，电路需采用隔离设计。

所述可调直流源电路采用反激式拓扑结构，所述可调直流源电路根据所述PWM输出电路输出的PWM信号将公共电网输入的交流电调节输出为 0～100V的直流电压。

在实际应用中，可调直流源电路常包括电源开关设计，可采用MOS 管来实现可调直流源电源的控制端，使PWM信号通过MOS管的栅极来控制可调直流电源电路输入端接入的交流电的通断，通过控制PWM信号的占空比来实现调节可调直流源电路输出的电压值。

如图2所示，所述虚拟接地电路采用电阻星形连接拓扑结构，所述虚拟接地电路包括：第一电阻、第二电阻和第三电阻。所述第一电阻的一端、所述第二电阻的一端和所述第三电阻的一端均相连于一点，作为所述虚拟接地电路的输出端。所述第一电阻的另一端、所述第二电阻的另一端和所述第三电阻的另一端分别与所述逆变器输出端的三根火线连接，其中，所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻的阻值相等。

所述PID动态抑制电路12还包括：漏电检测电路，所述漏电检测电路用于检测所述逆变器的母线中点N的漏电电流并输送给所述MCU，在所述漏电电流大于设定电流阈值时，所述MCU上报故障报警信号，并执行中断处理程序。

在实际应用中，漏电检测电路可采用TYPE-B型霍尔元器件来检测漏电电流，同时，MCU通过模数转换单元采集检测漏电电流大小，并对所述漏电电流与设定电流阈值进行比较，实现检测和报警功能，同时，MCU还可根据故障信号调用端口中断服务程序，实现系统的软件功能，比如：关闭逆变器、更新状态标志、驱动电路保护电路开启等各种功能。

所述PID在线改善电路包括：信号发生电路、可控直流电源和切换电路。所述信号发生电路的输入端作为所述PID在线改善电路的控制端，所述信号发生电路的输出端与所述可控直流电源的控制端相连，所述可控直流电源的输出端与所述切换电路的输入端相连，所述切换电路的输出端作为所述PID在线改善电路的输出端。所述MCU通过所述PID动态抑制电路得到所述光伏阵列的输出电压，并统计设定时间内的平均输出电压，如果所述平均输出电压小于设定电压阈值，则所述MCU确定所述光伏阵列发生PID现象，所述MCU输出控制信号给所述信号发生电路，使所述信号发生电路控制所述可控直流电源输出设定电压，并通过所述切换电路对所述光伏阵列的电池板施加反向电压。所述切换电路用于切换所述光伏阵列与所述逆变器或所述可控直流电源的电连接。

在实际应用中，可控直流电源采用升压隔离设计，输出电压范围在 400～1100V之间。使用公共电网的交流电进行整流产生高压直流电压源，对可能的已衰减光伏太阳能组件进行电压补偿。

进一步，所述切换电路的控制端与所述MCU的第三输出端相连，所述MCU通过所述切换电路控制所述光伏阵列与所述逆变器或所述可控直流电源导通或断开。

可见，本实用新型提供一种光伏发电的电势诱导衰减的电气调节系统，通过PID动态抑制电路对光伏阵列的输出电压进行检测，并根据输出电压调节逆变器的母线中点N的电压，使所述PV负极的对地电压大于零，从而防止光伏阵列产生PID现象；同时，还通过PID在线改善电路根据所述输出电压确定所述光伏阵列是否发生PID现象，如果是，则对所述光伏阵列的电池板施加反向电压，以修复电池板。解决现有光伏发电产生电势诱导衰减造成输出功率下降，且无法智能抑制电势诱导衰减和在线修复发生电势诱导衰减的电池板的问题，可提高光伏发电设备的使用寿命，确保光伏发电设备输出稳定的功率，有效增加光伏发电的收益。

如图3所示，本实用新型还提供一种光伏发电的电势诱导衰减的电气调节方法，包括以下步骤：

S1：实时检测逆变器直流输入端的PV负极的对地电压；

S2：根据所述PV负极的对地电压调节所述逆变器的母线中点N的电压，使所述PV负极的对地电压大于零，从而防止光伏阵列产生PID现象。

进一步，该方法还包括：

S3：检测各个光伏阵列的输出电压；

S4：如果所述输出电压小于设定电压阈值，则判断所述光伏阵列发生 PID现象；

S5：根据所述输出电压输出直流电源对发生PID现象的所述光伏阵列的电池板施加反向电压，以修复所述电池板。

更进一步，还包括：

S6：检测所述逆变器的母线中点N的漏电电流；

S7：如果所述漏电电流大于设定电流阈值，则上报故障报警信号，并执行中断处理程序。

可见，本实用新型提供一种光伏发电的电势诱导衰减的电气调节方法，通过对光伏阵列的输出电压进行检测，并根据输出电压调节逆变器的母线中点N的电压，使所述PV负极的对地电压大于零，从而防止光伏阵列产生PID现象；同时，还根据所述输出电压确定所述光伏阵列是否发生PID 现象，如果是，则对所述光伏阵列的电池板施加反向电压，以修复电池板。解决现有光伏发电产生电势诱导衰减造成输出功率下降，且无法智能抑制电势诱导衰减和在线修复发生电势诱导衰减的电池板的问题，可提高光伏发电设备的使用寿命，确保光伏发电设备输出稳定的功率，有效增加光伏发电的收益。

以上依据图示所示的实施例详细说明了本实用新型的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，但本实用新型不以图面所示限定实施范围，凡是依照本实用新型的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种光伏发电的电势诱导衰减的电气调节系统，其特征在于，包括：光伏阵列、逆变器、PID动态抑制电路和交流配电单元；

所述光伏阵列的输出端与逆变器的直流输入端相连，为所述逆变器提供直流电源，所述逆变器的输出端与所述交流配电单元的输入端相连，为输出电网提供交流电；

所述PID动态抑制电路的输入端与所述逆变器的直流输入端相连，所述PID动态抑制电路的输出端与所述逆变器的母线中点N相连；

所述PID动态抑制电路用于实时检测所述逆变器直流输入端的PV负极的对地电压，并根据所述PV负极的对地电压调节所述逆变器的母线中点N的电压，使所述PV负极的对地电压大于零。

2.根据权利要求1所述的光伏发电的电势诱导衰减的电气调节系统，其特征在于，还包括：PID在线改善电路；

所述PID在线改善电路的输入端与所述逆变器的直流输入端相连，所述PID在线改善电路的输出端与所述光伏阵列的输入端相连；

所述PID在线改善电路用于根据各个光伏阵列的输出电压并判断所述光伏阵列是否发生PID现象，在所述光伏阵列的输出电压小于设定电压阈值时，如果确定所述光伏阵列发生PID现象，则在所述逆变器停止工作时，所述PID在线改善电路根据所述输出电压输出直流电源对发生PID现象的所述光伏阵列的电池板施加反向电压，以修复所述电池板。

3.根据权利要求2所述的光伏发电的电势诱导衰减的电气调节系统，其特征在于，还包括：MCU；

所述MCU的第一输出端与所述PID动态抑制电路的控制端相连，所述MCU的第二输出端与所述PID在线改善电路的控制端相连；

所述MCU用于根据所述PV负极的对地电压控制所述PID动态抑制电路输出的电压值；

所述MCU还用于根据所述光伏阵列的输出电压确定是否发生PID现象，并控制所述PID在线改善电路输出的电压值。

4.根据权利要求3所述的光伏发电的电势诱导衰减的电气调节系统，其特征在于，所述PID动态抑制电路包括：电压检测电路、PWM输出电路、可调直流源电路和虚拟接地电路；

所述PWM输出电路的输入端与所述电压检测电路的输出端相连，所述PWM输出电路的输出端与所述可调直流源电路的控制端相连，所述可调直流源电路的输出端与所述虚拟接地电路的输入端相连；

所述虚拟接地电路的输出端作为所述PID动态抑制电路的输出端，所述电压检测电路的输入端作为所述PID动态抑制电路的输出端，所述PWM输出电路的控制端作为所述PID动态抑制电路的控制端。

5.根据权利要求4所述的光伏发电的电势诱导衰减的电气调节系统，其特征在于，所述电压检测电路包括：分压采样电路、运算放大调理电路和隔离光耦电路；

所述分压采样电路对所述光伏阵列输出端的电压进行分压采样并输出高压检测信号，所述运算放大调理电路对所述高压检测信号进行放大调理并发送给所述隔离光耦电路，所述隔离光耦电路对调理后的高压检测信号进行电气隔离后输出低压检测信号。

6.根据权利要求5所述的光伏发电的电势诱导衰减的电气调节系统，其特征在于，所述可调直流源电路采用反激式拓扑结构，所述可调直流源电路根据所述PWM输出电路输出的PWM信号将公共电网输入的交流电调节输出为0～100V的直流电压。

7.根据权利要求6所述的光伏发电的电势诱导衰减的电气调节系统，其特征在于，所述虚拟接地电路采用电阻星形连接拓扑结构，所述虚拟接地电路包括：第一电阻、第二电阻和第三电阻；

所述第一电阻的一端、所述第二电阻的一端和所述第三电阻的一端均相连于一点，作为所述虚拟接地电路的输出端；

所述第一电阻的另一端、所述第二电阻的另一端和所述第三电阻的另一端分别与所述逆变器输出端的三根火线连接，其中，所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻的阻值相等。

8.根据权利要求7所述的光伏发电的电势诱导衰减的电气调节系统，其特征在于，所述PID动态抑制电路还包括：漏电检测电路；

所述漏电检测电路用于检测所述逆变器的母线中点N的漏电电流并输送给所述MCU，在所述漏电电流大于设定电流阈值时，所述MCU上报故障报警信号，并执行中断处理程序。

9.根据权利要求8所述的光伏发电的电势诱导衰减的电气调节系统，其特征在于，所述PID在线改善电路包括：信号发生电路、可控直流电源和切换电路；

所述信号发生电路的输入端作为所述PID在线改善电路的控制端，所述信号发生电路的输出端与所述可控直流电源的控制端相连，所述可控直流电源的输出端与所述切换电路的输入端相连，所述切换电路的输出端作为所述PID在线改善电路的输出端；

所述MCU通过所述PID动态抑制电路得到所述光伏阵列的输出电压，并统计设定时间内的平均输出电压，如果所述平均输出电压小于设定电压阈值，则所述MCU确定所述光伏阵列发生PID现象，所述MCU输出控制信号给所述信号发生电路，使所述信号发生电路控制所述可控直流电源输出设定电压，并通过所述切换电路对所述光伏阵列的电池板施加反向电压；

所述切换电路用于切换所述光伏阵列与所述逆变器或所述可控直流电源的电连接。

10.根据权利要求9所述的光伏发电的电势诱导衰减的电气调节系统，其特征在于，所述切换电路的控制端与所述MCU的第三输出端相连，所述MCU通过所述切换电路控制所述光伏阵列与所述逆变器或所述可控直流电源导通或断开。