CN209805431U - 一种太阳能发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种太阳能发电系统，其包括：光伏发电模块、DC/DC转换模块、智能汇流箱、并网逆变器和通讯模块；光伏发电模块的输出端分别与DC/DC转换模块的输入端相连；DC/DC转换模块的输出端分别与所述智能汇流箱的输入端相连；智能汇流箱的输出端与并网逆变器的输入端相连；通讯模块分别与智能汇流箱、并网逆变器以及DC/DC转换模块相连。本实用新型采用的通讯模块在发生直流母线短路故障时，控制器发送信号，具有最大功率跟踪功能的DC/DC转换器关断输出，消除直流母线上的高压，避免直流拉弧导致着火危险，在切断电流后，可通过手动或者通过电路自动切断智能汇流箱内开关，实现电气隔离，进一步提高安全性。

Description

一种太阳能发电系统

技术领域

本实用新型实施例涉及太阳能发电技术领域，具体涉及一种太阳能发电系统。

背景技术

太阳能的开发利用是解决传统石化能源带来的能源短缺、环境污染和温室效应等问题的有效途径，是人类发展的理想替代能源。太阳能的利用主要包括光热利用(热力子发电、屋顶的太阳能热水器等)、太阳能发电、光化利用等。光伏发电正在由边远农村和特殊应用向并网发电和与建筑结合供电的方向发展，光伏发电已由补充能源向替代能源过渡。

我国光伏发电主要以大规模光伏电站为主，主要有组串式系统和集中式系统，如图4所示，集中式系统主要设备包括太阳能组件、直流汇流箱、直流配电柜、逆变器及其配套的逆变器房或集装箱体、箱式升压变压器等；组串式系统主要设备包括太阳能组件、组串逆变器、交流汇流箱、升压变压器等。与集中式系统方案相比，组串式系统减少了直流汇流设备和逆变房等配套设施，增加了交流汇流箱，缩短了高压直流的传输距离，降低了直流拉弧风险，大大提高了系统的安全性；同时组串式系统由于多路MPPT跟踪功能，阴影遮挡影响小，发电量较集中式系统有大幅提高，系统配置也比集中式系统灵活。

集中式系统中的光伏组件所发直流电经直流汇流箱和直流配电柜两级汇流后由逆变器集中逆变成三相交流电，经升压变压器接入电网。其存在1)直流配电线路长，其配套的相关直流电气设备还有待完善，直流开关元件在断开故障电流时因没有过零点，电压一直存在，电弧持续燃烧，具有较高热能的电弧很容易引发电气火灾等事故，接线不良、电缆绝缘破损等情况下也会引起拉弧导致电气火灾事故；2)集中式逆变器为防止PID(Potential Induced Degradation电势诱导衰减)问题，一般采取负极接地的方案，这样在电池组件正极与接地系统之间会形成高压，人若不小心触碰到电池组件正极，可能造成人身伤亡事故。3)组件经两次汇流到达逆变器，逆变器最大功率跟踪(MPPT)功能不能监控到每一路组件运行情况，当一块组件发生故障或被阴影遮挡，会影响整个系统发电量。

而组串式系统中的组串逆变器不带隔离变压器设计，电气安全性稍差，不适合薄膜组件负极接地系统；逆变器数量多，总故障率会升高，系统监控难度大。同时，组串逆变器谐波含量较大，电能质量不高；保护功能，安全性也稍差；功率因素调节功能和低电压穿越功能、电网调节性也不如集中式。

因此，需要提供一种技术方案以解决现有技术存在的问题。

实用新型内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种太阳能发电系统。

该系统包括：光伏发电模块、DC/DC转换模块、智能汇流箱、并网逆变器和通讯模块；所述光伏发电模块的输出端分别与所述DC/DC转换模块的输入端相连；所述DC/DC转换模块的输出端分别与所述智能汇流箱的输入端相连；所述智能汇流箱的输出端与所述并网逆变器的输入端相连；所述通讯模块分别与所述智能汇流箱、所述并网逆变器以及所述DC/DC转换模块相连。

所述DC/DC转换模块为具有最大功率跟踪功能的DC/DC转换器。

所述光伏发电模块包括光伏组件、光伏组串、低压光伏阵列或组件并联方阵中的至少一个或全部；所述光伏组件、光伏组串、低压光伏阵列或组件并联方阵分别与所述DC/DC转换模块相连。

所述并网逆变器包括：残余电流监测电路。

所述监测电路用于检测漏电电流，当所述漏电电流大于设定值时，所述并网逆变器停止运行。

所述太阳能发电系统还包括：直流升压变压器。

所述直流升压变压器设于所述智能汇流箱与所述并网逆变器之间。

所述光伏组件、光伏组串、低压光伏阵列或组件并联方阵中的负极直接接地或虚拟接地。

所述智能汇流箱内设有用于电气隔离的开关或接触器。

所述通讯模块用于监测所述DC/DC转换模块、所述智能汇流箱和所述并网逆变器运行状况。

当所述通讯模块检测到运行状况异常时，发出控制指令，使所述DC/DC转换模块与所述光伏发电模块切断连接，所述并网逆变器停止运行，断开所述开关或接触器。

本实用新型提供的技术方案与最接近的现有技术相比具有如下优点：

1、本实用新型采用的通讯模块在发生直流母线短路故障时，控制器发送信号，具有最大功率跟踪功能的DC/DC转换器关断输出，消除直流母线上的高压，避免直流拉弧导致着火危险，在切断电流后，可通过手动或者通过电路自动切断智能汇流箱内开关，实现电气隔离，进一步提高安全性；

2、本实用新型结合了集中式和组串式的优点，既有集中式功率大，数量少，便于管理；元器件少，稳定性好，便于维护；谐波含量少，电能质量高；保护功能齐全，安全性高；有功率因素调节功能和低电压穿越功能，电网调节性好等优点，也包括组串式系统不受组串间模块差异，和阴影遮挡的影响，同时减少光伏电池组件最佳工作点与逆变器不匹配的情况，最大程度增加了发电量的优点；

3、本实用新型通过在系统中设置虚拟正压电路，实现所有电池板负极对地正电压，安全规避PID效应。

4、本实用新型DC/DC转换模块的电压范围宽，组件配置更加灵活，可有效防止PID问题。

附图说明

图1是本实用新型一个实施例的拓扑结构图；

图2是本实用新型另一实施例的拓扑结构图；

图3是本实用新型又一实施例的拓扑结构图；

图4是现有技术中集中式系统与组串式系统的对比图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种新型太阳能发电系统，包括：光伏发电模块、DC/DC转换模块、智能汇流箱、并网逆变器和通讯模块。

本实施例的光伏发电模块包括n个太阳能光伏组件、DC/DC转换模块包括n个分布式的具备最大功率跟踪功能的DC/DC(MPPT DC/DC)。其中，每个太阳能组件的输出均连接有对应的MPPT DC/DC，这样，分布的MPPT DC/DC可不受光伏组串间模块化差异和阴影遮挡的影响，同时减少了光伏电池组件最佳工作点与逆变器不匹配的情况，最大程度增加了发电系统的发电量；其次，MPPT的电压范围宽，组件配置更加灵活；在阴雨天，雾气多的部区，可延长发电时间长，同时在直流母线发生短路等故障时，可快速切断供电回路，提高安全性。

在本实用新型的该实施例中智能汇流箱内布置的开关或者接触器S1，在发生直流母线短路、接地等故障时，MPPT DC/DC可快速切断供电回路，避免直流拉弧及着火危险，在切断电流后，可通过手动或者通过电路自动切断直流配电回路，实现电气隔离，进一步提高安全性。

该实施例光伏组件的逆变器内部残余电流的监测电路，能够在检测到漏电流大于设定值的情况下，迅速切断电路，保护人身安全；同时，通讯模块可随时监测MPPT DC/DC、智能汇流箱、并网逆变器运行状况，当检测到运行状况异常时，可发出控制指令，使得MPPTDC/DC能够快速切断光伏发电模块，并网逆变器停止运行，智能汇流箱内开关或接触器自动断开，有效避免事故扩大化。

如图2所示，本实用新型的另一实施例，包括：太阳能光伏组件经串联后形成的光伏组串、DC/DC转换模块(分布的n个MPPT DC/DC)、智能汇流箱、并网逆变器以及通讯模块。

其中，光伏组串接入分布的MPPTD C/DC，可有效降低系统成本，在组串光照环境相同的情况下，可最大化提高系统发电量。

如图3所示，本实用新型的又一实施例还可在智能汇流箱与逆变器之间增加直流升压变压器。

该直流升压变压器由电力电子器件、控制芯片、磁电隔离耦合等组成，直流变压器可以将汇流箱输出的电压直流电能，隔离变换后在变压器的次级实现直流输出，从而馈入高压直流母线，高压直流电能通过逆变器转化为交流电能形式，以实现馈网发电。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

可以理解的是，本文描述的这些实施例可以用硬件、软件、固件、中间件、微码或其组合来实现。对于硬件实现，处理单元可以实现在一个或多个专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuits，ASIC)、数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)、数字信号处理设备(DSP Device，DSPD)、可编程逻辑设备(Programmable LogicDevice，PLD)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)、通用处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行本申请所述功能的其它电子单元或其组合中。

对于软件实现，可通过执行本文所述功能的单元来实现本文所述的技术。软件代码可存储在存储器中并通过处理器执行。存储器可以在处理器中或在处理器外部实现。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本实用新型实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种太阳能发电系统，其特征在于，包括：光伏发电模块、DC/DC转换模块、智能汇流箱、并网逆变器和通讯模块；

所述光伏发电模块的输出端分别与所述DC/DC转换模块的输入端相连；

所述DC/DC转换模块的输出端分别与所述智能汇流箱的输入端相连；

所述智能汇流箱的输出端与所述并网逆变器的输入端相连；

所述通讯模块分别与所述智能汇流箱、所述并网逆变器以及所述DC/DC转换模块通讯连接。

2.根据权利要求1所述的太阳能发电系统，其特征在于，

所述DC/DC转换模块为具有最大功率跟踪功能的DC/DC转换器。

3.根据权利要求2所述的太阳能发电系统，其特征在于，

所述光伏发电模块包括光伏组件、光伏组串、低压光伏阵列或组件并联方阵中的至少一个或全部；

所述光伏组件、光伏组串、低压光伏阵列或组件并联方阵分别与所述DC/DC转换模块相连。

4.根据权利要求2所述的太阳能发电系统，其特征在于，所述并网逆变器包括：残余电流监测电路。

5.根据权利要求4所述的太阳能发电系统，其特征在于，

所述监测电路用于检测漏电电流，当所述漏电电流大于设定值时，所述并网逆变器停止运行。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的太阳能发电系统，其特征在于，所述太阳能发电系统还包括：直流升压变压器；

所述直流升压变压器设于所述智能汇流箱与所述并网逆变器之间。

7.根据权利要求3所述的太阳能发电系统，其特征在于，

所述光伏组件、光伏组串、低压光伏阵列或组件并联方阵中的负极直接接地或虚拟接地。

8.根据权利要求2所述的太阳能发电系统，其特征在于，所述智能汇流箱内设有用于电气隔离的开关或接触器。

9.根据权利要求8所述的太阳能发电系统，其特征在于，所述通讯模块用于监测所述DC/DC转换模块、所述智能汇流箱和所述并网逆变器运行状况。

10.根据权利要求9所述的太阳能发电系统，其特征在于，

当所述通讯模块检测到运行状况异常时，发出控制指令，使所述DC/DC转换模块与所述光伏发电模块切断连接，所述并网逆变器停止运行，断开所述开关或接触器。