CN207782745U - 一种级联式集成组件光伏系统 - Google Patents

一种级联式集成组件光伏系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开一种级联式集成组件光伏系统,包括级联的集成组件，所述每级集成组件包括由光伏组件(1)、Buck电路(2)和双向半桥DC/DC变换器(3)，在所述光伏组件(1)与Buck电路(2)之间的双线电路间设有输入电容(41)，在所述Buck电路(2)与双向半桥DC/DC变换器(3)之间的双线电路间设有稳压电容(42)，在所述双向半桥DC/DC变换器(3)输出端的双线电路间设有均压电容(43)；所述Buck电路(2)与双向半桥DC/DC变换器(3)之间的双线电路上各设有一级联端，分别用于与相邻的上、下级集成组件级联，或其中一个级联端用于与相邻集成组件级联、另一个级联端用作输出端；所述各级集成组件的均压电容(43)相互并联。本实用新型的级联式集成组件光伏系统,集成组件独立运行在各自的最大功率点，系统效率高。

Description

一种级联式集成组件光伏系统
技术领域
本实用新型属于光伏组件MPPT技术领域，特别是一种集成组件独立运行在各自的最大功率点，系统效率高的级联式集成组件光伏系统。
背景技术
在光伏集成组件发电技术领域中，如何以最大功率点输出是一个核心问题，它直接影响着整个光伏系统的效率及投资成本与产出效益比。
由于集成光伏系统在运行时不可避免地会受遮挡、光照不均等影响导致系统内各模块功率不匹配，而光伏系统一方面因自身结构限制了各功率模块电压不能无限上升，另一方面，模块元器件的耐受电压也有限，所以此时光伏系统中大功率模块电压无法继续上升，出现限压现象，最终导致系统工作效率降低。目前在光伏系统MPPT技术上多采用控制算法来实现最大功率输出目的，而对于电路的拓扑结构研究较少，传统的级联式光伏系统电路拓扑结构都是简单的升降压电路相串联进行输出，并没有考虑到集成组件之间由于功率不匹配而导致系统效率降低的情况。
因此，现有技术存在的问题是：集成组件光伏系统由于集成组件功率不匹配，进而引起大功率组件限压，最终导致光伏系统无法以最大功率点(MPP)运行，系统工作效率低。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种级联式集成组件光伏系统,集成组件独立运行在各自的最大功率点，系统效率高。
实现本实用新型目的的技术解决方案为：
一种级联式集成组件光伏系统,包括多级并联的集成组件，所述每级集成组件包括由双线电路依次串联的光伏组件1、Buck电路2和双向半桥DC/DC变换器3，在所述光伏组件1与Buck电路2之间的双线电路间设有输入电容41，在所述Buck电路2与双向半桥DC/DC变换器3之间的双线电路间设有隔离电容42，在所述双向半桥DC/DC变换器3输出端的双线电路间设有均压电容43；所述Buck电路2与双向半桥DC/DC变换器3之间的双线电路上各设有一级联端，分别用于与相邻的上、下级集成组件级联，或其中一个级联端用于与相邻集成组件级联、另一个级联端用作输出端；所述各级集成组件的均压电容43相互并联。
本实用新型与现有技术相比，其显著优点为：系统效率高。其原因在于：
本实用新型采用并联均压电容的方式进行各级集成组件之间的均压，通过半桥DC/DC转换电路实现能量的双向流动，使得各功率不均衡的集成组件最终能达到均衡状态，提高了系统的整体效率。
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。
附图说明
图1为本实用新型级联式集成组件光伏系统的电原理框图。
图2为图1中Buck电路的电路图。
图3为图1中双向半桥DC/DC变换器的电路图。
图中，
光伏组件1，Buck电路2，双向半桥DC/DC变换器3，输入电容41，隔离电容42，均压电容43；
开关管2Q1，电感2L1，二极管2D1；
第一低频滤波电容2C1,第二低频滤波电容2C2,第一高频滤波电容2C85,第二高频滤波电容2C86,第三高频滤波电容2C87,第四高频滤波电容2C88,
第一电阻2R1，第二电阻2R2，第三电阻2R3，第四电阻2R4，第五电阻2R5，第六电阻2R6，第七电阻2R166，第八电阻2R167；
互感器3T，第一开关管3V1，第二开关管3V2，第一桥臂电容3C1，第二桥臂电容3C2，第一桥臂电感3L1；
第三开关管3V3，第四开关管3V4，第三桥臂电容3C3，第四桥臂电容3C4，第二桥臂电感3L2。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型级联式集成组件光伏系统,用于向蓄电池组或逆变器提供电能。
其包括多级并联的集成组件，所述每级集成组件包括由双线电路依次串联的光伏组件1、Buck电路2和双向半桥DC/DC变换器3，在所述光伏组件1与Buck电路2之间的双线电路间设有输入电容41，在所述Buck电路2与双向半桥DC/DC变换器3之间的双线电路间设有隔离电容42，在所述双向半桥DC/DC变换器3输出端的双线电路间设有均压电容43；
所述Buck电路2与双向半桥DC/DC变换器3之间的双线电路上各设有一级联端，分别用于与相邻的上、下级集成组件级联，或其中一个级联端用于与相邻集成组件级联、另一个级联端用作输出端；所述各级集成组件的均压电容43相互并联。
光伏组件与Buck电路的输入端相连接，Buck电路的输出与其它组件进行串联，形成光伏系集成组件级联系统；同时Buck电路的输出电压还送至隔离型双向半桥DC/DC电路的输入端，进行电气隔离，实现能量的双向流动；隔离型双向半桥DC/DC电路的输出端并联均压电容，同时所有均压电容末端相并联，实现各级电路的电压均衡。即如图1中两组相邻的光伏均压电路，假设第一组中Buck电路的输出电压较大，其能量会通过第一组中隔离型双向DC/DC电路传递给均压电容C1，对其进行充电，同时由于末端各级电路的均压电容相并联，可实现较短时间内电压均衡，即UC1＝UC2＝…＝UCN，根据上述假设，电容C1将能量传递给电容C2，然后能量再由第二组的双向DC/DC电路将其反向传送到Buck电路的输出端，使其电压与第一组Buck电路输出电压相等，实现均压目的。
光伏组件1与Buck电路2的输入端相连接，Buck电路2的输出与其它组件进行串联，形成光伏系集成组件级联系统；同时Buck电路2的输出电压还送至隔离型双向半桥DC/DC变换器3的输入端，进行电气隔离，实现能量的双向流动；隔离型双向半桥DC/DC变换器3的输出端并联均压电容，同时所有均压电容43末端相并联，实现各级电路的电压均衡。即如图1中两组相邻的光伏均压电路，假设第一组中Buck电路2的输出电压较大，其能量会通过第一组中隔离型双向DC/DC变换器3传递给均压电容43，对其进行充电，同时由于末端各级电路的均压电容相并联，可实现较短时间内电压均衡，即UC1＝UC2＝…＝UCN，根据上述假设，第一组均压电容43将能量传递给第二组均压电容43，然后能量再由第二组的双向DC/DC变换器3将其反向传送到Buck电路2的输出端，使其电压与第一组Buck电路2输出电压相等，实现均压目的。
如图2所示，所述Buck电路2包括依次串联在和正极线路上的开关管2Q1、电感2L1和串联在负极线路上的第三电阻2R3、第四电阻2R4；
还包括第一低频滤波电容2C1、第二低频滤波电容2C2、第一高频滤波电容2C85、第二高频滤波电容2C86、第三高频滤波电容2C87、第四高频滤波电容2C88、第一电阻2R1、第二电阻2R2、第五电阻2R5、第六电阻2R6、第七电阻2R166、第八电阻2R167、和二极管2D1；
所述第一电阻2R1与第二电阻2R2串联后与第一低频滤波电容2C1关联于的正极线路与负极线路之间，并位于开关管2Q1的输入侧；
所述第五电阻2R5与第六电阻2R6串联后与第二低频滤波电容2C2、第二高频滤波电容2C86、第三高频滤波电容2C87、第四高频滤波电容2C88关联于的正极线路与负极线路之间，并位于电感2L1的输出侧；
所述二极管2D1的阴极接开关管2Q1与电感2L1之间的正极线路，其阳极接负极线路；
所述串联在负极线路上的第三电阻2R3位于二极管2D1与第二电阻2R2之间；
所述串联在负极线路上的第四电阻2R4位于第六电阻2R6与第四高频滤波电容2C88之间；
所述第七电阻2R166与第八电阻2R167关联后，一端经第一高频滤波电容2C85与开关管2Q1的输入端相连，另一端与开关管2Q1的输出端相连。
所述Buck电路2在其开关管两端并联RC电路，即R166与R167相并联后再与C85相串联电路，用来吸收开断时产生的高能量，保护开光管；并联的小电容C86、C87、C88用来滤除高频谐波；电阻R1和R2组成分压电路，采集光伏组件电压，电阻R5和R6组成分压电路，采集Buck电路输出端电压；C1和C2为滤波大电容，滤除低次谐波。
所述Buck电路2在其开关管2Q1两端并联RC电路，即2R166与2R167相并联后再与2C85相串联电路，该RC电路用来吸收开关管2Q1开断时产生的高能量，为能量泄放提供通道，保护开光管；由于外界环境的不稳定性，这里并联小电容2C86、2C87、2C88用来滤除高频谐波，增强电路的抗干扰性；电阻2R1和2R2组成分压电路，通过分压原理采集光伏组件1两端电压，电阻2R5和2R6组成分压电路，采集Buck电路2的输出端电压；2C1和2C2为滤波大电容，分别用来滤除电源两端的低次谐波，增强电路抗干扰能力。
优选地，所述第三电阻2R3、第四电阻2R4为康铜丝电阻。
第三电阻2R3、第四电阻2R4采用康铜丝电阻，阻值小，对电路整体结构几乎无影响，用来采集电路中电流。
如图3所示，所述双向半桥DC/DC变换器3包括A桥臂和B桥臂，所述A桥臂与B桥臂之间通过互感器3T耦合连接；
所述A桥臂包括第一开关管3V1、第二开关管3V2、第一桥臂电容3C1、第二桥臂电容3C2、第一桥臂电感3L1；
所述第一开关管3V1的输入端与Buck电路2的正极线路输出端相连，所述第二开关管3V2的输出端与Buck电路2的负极线路输出端相连，所述第一开关管3V1的输出端与第二开关管3V2的输入端均与第一桥臂电感3L1的同一端相连，所述第一桥臂电感3L1的另一端与互感器3T主线圈一端相连；所述互感器3T主线圈的另一端通过第一桥臂电容3C1与第一开关管3V1的输入端相连，互感器3T主线圈的另一端通过还第二桥臂电容3C2与第二开关管3V2的输出端相连；
所述B桥臂包括第三开关管3V3、第四开关管3V4、第三桥臂电容3C3、第四桥臂电容3C4、第二桥臂电感3L2；
所述第三开关管3V3的输入端与均压电容43的一端相连，所述第四开关管3V4的输出端与均压电容43的另一端相连，所述第三开关管3V3的输出端与第四开关管3V4的输入端均与第二桥臂电感3L2的同一端相连，所述第二桥臂电感3L2的另一端与互感器3T副线圈一端相连；所述互感器3T副线圈的另一端通过第三桥臂电容3C3与第三开关管3V3的输入端相连，互感器3T副线圈的另一端通过还第四桥臂电容3C4与第四开关管3V4的输出端相连。
所述双向半桥DC/DC变换器3通过控制Buck电路的输出端与均压电容的电压值具有线性关系来实现Buck电路输出端的均压，当Uoi>Uc时，开关管V1超前V3导通，能量由A桥臂传递到B桥臂，相反，开关管V4超前V2导通，能量由B桥臂传递到A桥臂，实现能量的双向传递，即通过能量的相互传递达到均压目的，光伏系统处于动态平衡中；具有对称结构的隔离式半桥双向DC/DC还可实现在Buck电路输出端串联，均压电路的输出并联的情况下，将输入输出电路隔离。
所述双向半桥DC/DC变换器3通过控制Buck电路2的输出端与均压电容43的电压值具有线性关系，以此来实现Buck电路2输出端的均压，当Uoi>Uc时，开关管3V1超前3V3导通，能量由A桥臂传递到B桥臂，相反，开关管3V4超前3V2导通，能量由B桥臂传递到A桥臂，实现能量的双向传递，即通过能量的相互传递达到均压目的，光伏系统处于动态平衡中；具有对称结构的隔离式半桥双向DC/DC变换器3还可实现在各光伏组件的Buck电路2输出端串联，均压电容43的并联输出的情况下，隔离输入输出电路。

Claims (4)

1.一种级联式集成组件光伏系统,其特征在于：
包括多级并联的集成组件，所述每级集成组件包括串联的光伏组件(1)、Buck电路(2)和双向半桥DC/DC变换器(3)，在所述光伏组件(1)与Buck电路(2)之间的双线电路间设有输入电容(41)，在所述Buck电路(2)与双向半桥DC/DC变换器(3)之间的双线电路间设有隔离电容(42)，在所述双向半桥DC/DC变换器(3)输出端的双线电路间设有均压电容(43)；
所述Buck电路(2)与双向半桥DC/DC变换器(3)之间的双线电路上各设有一级联端，分别用于与相邻的上、下级集成组件级联，或其中一个级联端用于与相邻集成组件级联、另一个级联端用作输出端；所述各级集成组件的均压电容(43)相互并联。
2.根据权利要求1所述的光伏系统,其特征在于：
所述Buck电路(2)包括依次串联在和正极线路上的开关管(2Q1)、电感(2L1)和串联在负极线路上的第三电阻(2R3)、第四电阻(2R4)；
还包括第一低频滤波电容(2C1)、第二低频滤波电容(2C2)、第一高频滤波电容(2C85)、第二高频滤波电容(2C86)、第三高频滤波电容(2C87)、第四高频滤波电容(2C88)、第一电阻(2R1)、第二电阻(2R2)、第五电阻(2R5)、第六电阻(2R6)、第七电阻(2R166)、第八电阻(2R167)、和二极管(2D1)；
所述第一电阻(2R1)与第二电阻(2R2)串联后与第一低频滤波电容(2C1)关联于的正极线路与负极线路之间，并位于开关管(2Q1)的输入侧；
所述第五电阻(2R5)与第六电阻(2R6)串联后与第二低频滤波电容(2C2)、第二高频滤波电容(2C86)、第三高频滤波电容(2C87)、第四高频滤波电容(2C88)关联于的正极线路与负极线路之间，并位于电感(2L1)的输出侧；
所述二极管(2D1)的阴极接开关管(2Q1)与电感(2L1)之间的正极线路，其阳极接负极线路；
所述串联在负极线路上的第三电阻(2R3)位于二极管(2D1)与第二电阻(2R2)之间；
所述串联在负极线路上的第四电阻(2R4)位于第六电阻(2R6)与第四高频滤波电容(2C88)之间；
所述第七电阻(2R166)与第八电阻(2R167)关联后，一端经第一高频滤波电容(2C85)与开关管(2Q1)的输入端相连，另一端与开关管(2Q1)的输出端相连。
3.根据权利要求2所述的光伏系统,其特征在于：
所述第三电阻(2R3)、第四电阻(2R4)为康铜丝电阻。
4.根据权利要求2所述的光伏系统,其特征在于：
所述双向半桥DC/DC变换器(3)包括A桥臂和B桥臂，所述A桥臂与B桥臂之间通过互感器(3T)耦合连接；
所述A桥臂包括第一开关管(3V1)、第二开关管(3V2)、第一桥臂电容(3C1)、第二桥臂电容(3C2)、第一桥臂电感(3L1)；
所述第一开关管(3V1)的输入端与Buck电路(2)的正极线路输出端相连，所述第二开关管(3V2)的输出端与Buck电路(2)的负极线路输出端相连，所述第一开关管(3V1)的输出端与第二开关管(3V2)的输入端均与第一桥臂电感(3L1)的同一端相连，所述第一桥臂电感(3L1)的另一端与互感器(3T)主线圈一端相连；所述互感器(3T)主线圈的另一端通过第一桥臂电容(3C1)与第一开关管(3V1)的输入端相连，互感器(3T)主线圈的另一端通过还第二桥臂电容(3C2)与第二开关管(3V2)的输出端相连；
所述B桥臂包括第三开关管(3V3)、第四开关管(3V4)、第三桥臂电容(3C3)、第四桥臂电容(3C4)、第二桥臂电感(3L2)；
所述第三开关管(3V3)的输入端与均压电容(43)的一端相连，所述第四开关管(3V4)的输出端与均压电容(43)的另一端相连，所述第三开关管(3V3)的输出端与第四开关管(3V4)的输入端均与第二桥臂电感(3L2)的同一端相连，所述第二桥臂电感(3L2)的另一端与互感器(3T)副线圈一端相连；所述互感器(3T)副线圈的另一端通过第三桥臂电容(3C3)与第三开关管(3V3)的输入端相连，互感器(3T)副线圈的另一端通过还第四桥臂电容(3C4)与第四开关管(3V4)的输出端相连。
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