CN218733275U - 一种降低光伏组串并联失配损失的系统 - Google Patents

一种降低光伏组串并联失配损失的系统 Download PDF

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许兆鹏
崔立业
陈楠
种晨
张耀雷
刘闯
裴忠晨
王菁月
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Kaiyi New Energy Technology Shanghai Co ltd
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Kaiyi New Energy Technology Shanghai Co ltd
Changchun Jidian Energy Technology Co ltd
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Abstract

本实用新型公开一种降低光伏组串并联失配损失的系统。方案包括：部分功率变换单元、检测单元和控制单元；检测单元将采集到的光伏组串的电压数据和电流数据传输给控制单元，便于控制单元对部分功率变换单元实现MPPT控制。部分功率变换单元的输入端正极与光伏组串的负极相连，光伏组串的正极与部分功率变换单元的输出端正极相连，部分功率变换单元的输入端负极与部分功率变换单元的输出端负极相连，部分功率变换单元的输出端正极与并网逆变器的输入端正极相连，部分功率变换单元的输出端负极与并网逆变器的输入端负极相连。本实用新型能够在保证光伏组串MPPT控制的同时，降低开关器件导通损耗，进一步提高光伏发电系统运行效率和功率密度。

Description

一种降低光伏组串并联失配损失的系统
技术领域
本说明书涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种降低光伏组串并联失配损失的系统。
背景技术
为了在2030年碳排放达峰前提前加码布局，亟需构建以新能源为主体的新型电力系统，新能源中光伏发电因其资源总量大、地理受限小等优势具有广阔发展前景，目前已占据新能源发展中的主导位置。光伏发电系统在实际运行时光伏阵列内部会因不同程度阴影遮挡发生组串失配，而传统集中式MPPT(最大功率点跟踪)逆变器无法在复杂光照下实现光伏组串级别MPPT控制，导致光伏发电效率降低。
为解决上述组串失配问题，市面上多采取分布式功率优化器方案，其中组串式功率优化器相较于成本较高的组件式功率优化器，能够在保障前期投入成本的同时避免组串失配，优化光伏发电系统收益率。传统组串式功率优化器多采用全功率变换结构，由于光伏组串输出功率全部流入功率优化器，其不可避免的开关器件损耗会影响光伏发电效率，降低光伏系统发电量。
因此，有必要提供一种能够进一步提高光伏发电系统的运行效率的系统。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本说明书实施例是这样实现的：本实用新型提供一种降低光伏组串并联失配损失的系统，包括：
部分功率变换单元、检测单元和控制单元；
所述检测单元将采集到的光伏组串的电压数据和电流数据传输给所述控制单元，便于所述控制单元所述对所述部分功率变换单元实现MPPT控制。
优选的，所述部分功率变换单元的输入端正极与光伏组串的负极相连，所述光伏组串的正极与所述部分功率变换单元的输出端正极相连，所述部分功率变换单元的输入端负极与所述部分功率变换单元的输出端负极相连，所述部分功率变换单元的输出端正极与并网逆变器的输入端正极相连，所述部分功率变换单元的输出端负极与所述并网逆变器的输入端负极相连。
优选的，所述控制单元采用微控制器；
优选的，所述微控制器采用单片机；所述单片机为 STM32F103C6T7型号的单片机。
优选的，所述部分功率变换单元选择隔离型/非隔离型的电路结构，所述部分功率变换单元具备调节电压和隔离保护功能。
优选的，所述部分功率变换单元采用BUCK电路、BOOST电路、 BUCK-BOOST电路中的任意一种。
优选的，所述检测单元包括电压检测单元和电流检测单元；所述电压检测单元采用电压互感器，所述电流检测单元采用电流互感器。
本实用新型具有如下有益效果：
(1)本实用新型中基于部分功率变换的组串式光伏功率优化器，具备隔离和升压功能，能够实时检测光伏组串输出电压、电流数据，控制所连光伏组串运行在自身最大功率工作点上，减少组串间因失配而产生的功率损失，提高光伏发电系统发电量。
(2)本实用新型中组串式光伏功率优化器采用部分功率变换结构，相较于全功率变换结构的组串式光伏功率优化器，其额定功率可以远低于所连光伏组串的最大输出功率，进而优选体积小、功率密度高的组串式光伏功率优化器，降低光伏发电系统的前期投入成本。
(3)本实用新型中功率优化器通过控制光伏组串的部分功率实现组串MPPT控制和升压调节，减少功率优化器开关器件导通带来的功率损失和热量产生，提高了光伏发电系统的运行效率。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为采用传统全功率变换组串式功率优化器的光伏发电系统的电路连接关系示意图；
图2为采用本实用新型中部分功率变换组串式功率优化器的光伏发电系统的电路连接关系示意图；
图3为相对于图2而言的采用本实用新型中部分功率变换组串式功率优化器的光伏发电系统的电路连接关系详细示意图；
图4为本实用新型中基于部分功率变换的组串式功率优化器与光伏组串的关系示意图；
图5为本实用新型中光伏组串输出功率的流通路径示意图；
图6为本实用新型中基于部分功率变换的组串式功率优化器的控制原理图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
MPPT控制器的全称“最大功率点跟踪” (MaximumPowerPointTracking)太阳能控制器，是传统太阳能充放电控制器的升级换代产品。该控制器能够实时侦测太阳能板的发电电压，并追踪最高电压电流值，使系统以最高的效率对蓄电池进行充电。其中，MPPT算法就是通过改变光伏组串的工作电压使其工作在最大功率点。但是受多种因素影响(例如不同光伏组串的衰减程度不同、阴影遮挡情况不同)，不同光伏组串的最大功率点电压不可能完全一致，那么，将多个光伏组串并联接入逆变器的同一路MPPT后，由于各个光伏组串的工作电压都会被钳位至同一电压值，所以必然会导致部分光伏组串的工作电压偏离最大功率点电压，这部分光伏组串由于无法工作在最大功率点而产生功率损失，这部分功率损失就叫做光伏组串并联失配损失。
如图1所示，若光伏发电系统采用传统全功率变换组串式功率优化器，光伏组串输出功率全部流入功率优化器，开关器件损耗较大。本实用新型提供一种降低光伏组串并联失配损失的系统，能够在保证光伏组串MPPT控制的同时，降低开关器件导通损耗，进一步提高光伏发电系统运行效率和功率密度。
本实用新型还提供一种降低光伏组串并联失配损失的系统，系统包括：部分功率变换单元、检测单元和控制单元；
所述检测单元将采集到的光伏组串的电压数据和电流数据传输给所述控制单元，便于所述控制单元所述对部分功率变换单元实现 MPPT控制。
具体的，所述部分功率变换单元的输入端正极与光伏组串的负极相连，所述光伏组串的正极与所述部分功率变换单元的输出端正极相连，所述部分功率变换单元的输入端负极与所述部分功率变换单元的输出端负极相连，所述部分功率变换单元的输出端正极与并网逆变器的输入端正极相连，所述部分功率变换单元的输出端负极与所述并网逆变器的输入端负极相连。
本实用新型中基于部分功率变换的组串式光伏功率优化器在实现组串级别MPPT控制同时，由于光伏功率优化器只处理组串的部分输出功率，可以选择额定功率远低于光伏组串额定功率的小体积变换结构，减小前期投入成本，同时通过控制光伏组串的部分功率实现组串MPPT控制和升压调节，减少功率优化器开关器件导通带来的功率损失和热量产生，提高了光伏发电系统的运行效率。
进一步优化方案，所述控制单元可以采用微控制器，用于负责信号采集与功率优化器控制，同时控制各组成单元协调工作，具体的，微控制器可以采用单片机，如可以采用STM32F103C6T7等型号的单片机。
进一步优化方案，所述部分功率变换单元选择隔离型/非隔离型的电路结构，所述部分功率变换单元具备调节电压和隔离保护功能。
进一步优化方案，所述部分功率变换单元采用BUCK电路、 BOOST电路、BUCK-BOOST电路中的任意一种。
进一步优化方案，所述检测单元包括电压检测单元和电流检测单元；所述电压检测单元采用电压互感器，所述电流检测单元采用电流互感器。
下面基于图2至图6对前文阐述的降低光伏组串并联失配损失的系统进行更进一步的阐述，本实用新型组串式功率优化器的部分功率变换单元可以采用Boost电路结构，如图4所示，部分功率变换单元输入端U1正极分别与光伏组串负极、稳压电容C1一端和电感L一端相连，部分功率变换单元输入端U1负极分别与输出端U2负极、稳压电容C2一端、二极管D阳极和稳压电容C1另一端相连，电感 L另一端分别与二极管D阴极、全控型功率开关管S发射极相连，部分功率变换单元输出端U2正极分别连接光伏组串正极、稳压电容C2 另一端和全控型功率开关管S集电极。
基于部分功率变换的组串式功率优化器中功率流通路径如图5 所示，由于光伏组串只有部分输出功率流经组串式功率优化器全控型功率开关管S，大大降低了开关管S的导通损耗，提升了组串式功率优化器的电能变换效率，部分功率变换单元输入端电压U1、输出端电压U2与组串电压UPV数值关系：
U2＝U1+UPV；
基于部分功率变换的组串式功率优化器的控制原理图如图6所示，其控制单元采用变步长扰动观测法MPPT控制，根据检测单元提供的采样电压、电流计算出当前工作周期内光伏组串最大输出功率，并将此功率值与上一个工作周期功率值比较，得到电压扰动的步长与方向；若部分功率变换单元输出端电压U2被并网逆变器控制，为实现光伏组串电压UPV保持在光伏组串最大工作点电压UPV，MPPT，需要通过电压外环与电流内环组成的双闭环控制保证部分功率变换单元的升压和MPPT控制功能。
下面对本实用新型的工作原理进行说明：本实用新型通过设置一个部分功率变换单元，基于部分功率变换单元传输光伏组串输出的部分功率，从而对光伏组串进行升压调节和隔离保护。其中，部分功率变换单元选择隔离型/非隔离型电路结构，部分功率变换单元应具备调节电压和隔离保护功能，如可以采用BUCK电路、BOOST电路、 BUCK-BOOST电路中的任意一种。然后实时检测与所述部分功率变换单元相连的部分光伏组串两端的电压数据和电流数据。其中，可以采用电压互感器采集电压数据，采用电流互感器采集电流数据。然后基于此部分光伏组串两端的电压数据和电流数据，对此部分功率变换单元进行MPPT控制，使得部分功率变换组串式功率优化器所连光伏组串运行在最大功率输出工作点。
本实用新型中基于部分功率变换的组串式光伏功率优化器，具备隔离和升压功能，能够实时检测光伏组串输出电压、电流数据，控制所连光伏组串运行在自身最大功率工作点上，减少组串间因失配而产生的功率损失，提高光伏发电系统发电量。同时，本实用新型中组串式光伏功率优化器采用部分功率变换结构，相较于全功率变换结构的组串式光伏功率优化器，其额定功率可以远低于所连光伏组串的最大输出功率，进而优选体积小、功率密度高的组串式光伏功率优化器，降低光伏发电系统的前期投入成本。本实用新型中功率优化器通过控制光伏组串的部分功率实现组串MPPT控制和升压调节，减少功率优化器开关器件导通带来的功率损失和热量产生，提高了光伏发电系统的运行效率。
以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是以上描述仅是本实用新型的较佳实施例而已，本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本实用新型不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1.一种降低光伏组串并联失配损失的系统，其特征在于，所述系统包括：
部分功率变换单元、检测单元和控制单元；
所述检测单元将采集到的光伏组串的电压数据和电流数据传输给所述控制单元，便于所述控制单元对所述部分功率变换单元实现MPPT控制；
所述部分功率变换单元的输入端正极与光伏组串的负极相连，所述光伏组串的正极与所述部分功率变换单元的输出端正极相连，所述部分功率变换单元的输入端负极与所述部分功率变换单元的输出端负极相连，所述部分功率变换单元的输出端正极与并网逆变器的输入端正极相连，所述部分功率变换单元的输出端负极与所述并网逆变器的输入端负极相连。
2.根据权利要求1所述的降低光伏组串并联失配损失的系统，其特征在于，所述控制单元采用微控制器。
3.根据权利要求2所述的降低光伏组串并联失配损失的系统，其特征在于，所述微控制器采用单片机；所述单片机为STM32F103C6T7型号的单片机。
4.根据权利要求1所述的降低光伏组串并联失配损失的系统，其特征在于，所述部分功率变换单元选择隔离型/非隔离型的电路结构，所述部分功率变换单元具备调节电压和隔离保护功能。
5.根据权利要求4所述的降低光伏组串并联失配损失的系统，其特征在于，所述部分功率变换单元采用BUCK电路、BOOST电路、BUCK-BOOST电路中的任意一种。
6.根据权利要求4所述的降低光伏组串并联失配损失的系统，其特征在于，所述检测单元包括电压检测单元和电流检测单元；
所述电压检测单元采用电压互感器，所述电流检测单元采用电流互感器。
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