一種高效率低成本的光伏發電系統的製作方法
2023-06-10 05:30:21 1
一種高效率低成本的光伏發電系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種高效率低成本的光伏發電系統，包括：MPPT變換器、逆變器、變壓器和至少兩個相互並聯的組串；一個或多個組串連接至一個對應的MPPT變換器，所述組串連接至MPPT變換器的輸入端，所述MPPT變換器的輸出端連接至逆變器的輸入端，所述逆變器的輸出端與變壓器相連接。本實用新型可以抬高光伏發電系統的直流母線電壓，則逆變器的功率密度可提高一倍，即成本最多可以降低一半；此外，由於本實用新型將現有技術的兩個逆變器合二為一，省去了兩條母線、三條逆變器至變壓器的線纜，兆瓦房體積更小，可以採用更便宜的雙繞組變壓器，能夠顯著降低光伏發電系統的電氣設備造價，而且能夠將整個系統的發電量提升3~5%。
【專利說明】一種高效率低成本的光伏發電系統
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種光伏發電系統，尤其涉及一種高效率低成本的光伏發電系 統。
【背景技術】
[0002] 太陽能的光伏發電系統已經取得大規模應用，而大型的光伏電站通常採用集中式 的光伏發電系統，該光伏發電系統通常是由兩個500kW逆變器並聯，然後接一個1麗的雙分 裂變壓器入網；與逆變器相連的組串電池板都並在一起，然後經過匯流箱和配電櫃，最後接 入逆變器。
[0003] 這種現有的光伏發電系統存在以下缺點：一方面所有組串都並在一起，工作同一 個電壓下，因此系統不能使每個組串都工作在最大功率點，從而造成降低了組串的發電量； 另一方面由於光伏發電系統直流側的開口電壓小於1000V，最大功率點電壓工作被限制在 45(T650V，因此逆變器輸出電壓限制在315Vac，500kW逆變器最大輸入電流為1100A，如果 進一步增大逆變器輸出功率，則逆變器輸入電流進一步增大，勢必採用更大電流容量的半 導體功率器件和開關器件，系統造價急劇上升。
【發明內容】
[0004] 本實用新型所要解決的技術問題是需要提供一種低成本和高效率的光伏發電系 統。
[0005] 對此，本實用新型提供一種高效率低成本的光伏發電系統，包括：MPPT變換器、逆 變器、變壓器和至少兩個相互並聯的組串；一個或多個組串連接至一個對應的MPPT變換 器，所述組串連接至MPPT變換器的輸入端，所述MPPT變換器的輸出端連接至逆變器的輸入 端，所述逆變器的輸出端與變壓器相連接。
[0006] 本實用新型所述的MPPT變換器通過MPPT電路來實現，每一個組串首先接入至 MPPT變換器，MPPT變換器的輸出並聯在一起後再接入至逆變器；所述MPPT變換器一方面 負責通過硬體電路尋找每一個組串的最大功率點，另一方面輸出穩定的高壓，提高母線電 壓。比如將母線電壓提升至900Vdc，則逆變輸出電壓可以達到630Vac，則在相同的輸入電 流1100A下，逆變器輸出的功率可達1000kW ;而逆變器的功率器件都是按照1000V的規格 設計，逆變器輸入900V時，由於最大輸入電流仍為1100A，輸出最大電流也沒有變化，因此， 本實用新型的大部分功率器件可以不做任何更改，功率密度可提高一倍，即成本最多可以 降低一半。
[0007] 此外，由於本實用新型將現有技術的兩個逆變器合二為一，省去了兩條母線、三條 逆變器至變壓器的線纜，兆瓦房體積更小，且可以採用更便宜的雙繞組變壓器；而引入的 MPPT變換器的內部電路，採用高頻化手段，效率可達99%，其總成本僅為單個逆變器成本的 三分之一，因此，本實用新型能夠顯著降低光伏發電系統的電氣設備造價，而且能夠將整個 系統的發電量提升:Γ5%。
[0008] 本實用新型的進一步改進在於，所述MPPT變換器的一個輸入端連接至組串的正 極，所述MPPT變換器的另一個輸入端連接至組串的負極。
[0009] 本實用新型的進一步改進在於，所述MPPT變換器與每一個組串一一對應連接，至 少兩個MPPT變換器之間相互並聯。
[0010] 本實用新型的進一步改進在於，所述MPPT變換器的一個輸出端相互並聯後連接 至母線正極，所述MPPT變換器的另一個輸出端相互並聯後連接至母線負極。
[0011] 本實用新型的進一步改進在於，所述變壓器為雙繞組變壓器。
[0012] 本實用新型的進一步改進在於，所述MPPT變換器包括控制器和升壓電路，所述控 制器為相關閉環控制器。
[0013] 本實用新型的進一步改進在於，所述升壓電路包括電容Cin、電容C0、二極體D和 開關管Q ;所述電容Cin與輸入端正負極連接；所述電感L一端與電容Cin連接，另一端和二 極管D的陽極連接；所述二極體D的陽極分別與開關管Q和電感L連接，所述二極體D的陰 極與輸出端正極連接；所述開關管Q -端與二極體D的陽極連接，另一端與電路負極連接； 所述電容C0與輸出端正負極連接。
[0014] 本實用新型的進一步改進在於，所述控制器分別與升壓電路的輸入端和輸出端相 連接，所述控制器與IGBT場效應管的G級相連接。
[0015] 與現有技術相比，本實用新型的有益效果在於：光伏發電系統的大部分功率器件 可以不做任何更改，但功率密度可提高一倍，即成本最多可以降低一半；此外，由於本實用 新型將現有技術的兩個逆變器合二為一，省去了兩條母線、三條逆變器至變壓器的線纜，兆 瓦房體積更小，可以採用更便宜的雙繞組變壓器；而引入的MPPT變換器的內部電路，採用 高頻化手段，效率可達99%，其總成本僅為單個逆變器成本的三分之一，因此，本實用新型能 夠顯著降低光伏發電系統的電氣設備造價，而且能夠將整個系統的發電量提升:Γ5%。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016] 圖1是本實用新型一種實施例的結構示意圖；
[0017] 圖2是本實用新型的組串的功率和工作電壓的關係示意圖；
[0018] 圖3是現有技術的結構示意圖；
[0019] 圖4是本實用新型另一種實施例的MPPT變換器的電路結構示意圖。
【具體實施方式】
[0020] 下面結合附圖，對本實用新型的較優的實施例作進一步的詳細說明。
[0021] 實施例1 :
[0022] 如圖1所示，本例提供一種高效率低成本的光伏發電系統，包括:MPPT變換器、逆 變器、變壓器和至少兩個相互並聯的組串；一個或多個組串連接至一個對應的MPPT變換 器，所述組串連接至MPPT變換器的輸入端，所述MPPT變換器的輸出端連接至逆變器的輸入 端，所述逆變器的輸出端與變壓器相連接。
[0023] 現有技術中，由於組串的特性差異、汙染程度和老化程度不一致，每個組串的 最大功率點均有可能存在差異。如圖2所示，第一組串的最大功率點所對應的電壓在 %，第二組串的最大功率點所對應的電壓在V2，第三組串的最大功率點所對應的電壓在 v3 ;當所有的組串都並聯在一起時，每個組串的工作電壓都一致，如系統母線電壓工作在 ￥2時，則第二組串達到了最大功率點，而第一組串和第三組串均沒有達到最大功率點，這 樣就會導致整個光伏發電系統的發電量降低。
[0024] 本例所述的MPPT變換器通過MPPT電路來實現，每一個組串首先接入至MPPT變換 器，MPPT變換器的輸出並聯在一起後再接入至逆變器；所述MPPT變換器一方面負責通過硬 件電路尋找每一個組串的最大功率點，使得每一個組串均工作在最大功率點之下；另一方 面輸出穩定的高壓，提高母線電壓。比如將母線電壓提升至900Vdc，則逆變輸出電壓可以達 到630Vac，則在相同的輸入電流1100A下，逆變器輸出的功率可達1000kW ;而逆變器的功率 器件都是按照1000V的規格設計，逆變器輸入900V時，由於最大輸入電流仍為1100A，輸出 最大電流也沒有變化，因此，本例的大部分功率器件可以不做任何更改，功率密度可提高一 倍，即成本最多可以降低一半。
[0025] 現有技術中，如圖3所示，光伏發電系統通常是由兩個500kW逆變器並聯，然後接 一個1MW的雙分裂變壓器入網；與逆變器相連的組串電池板都並在一起，然後經過匯流箱 和配電櫃，最後接入逆變器。這種現有的光伏發電系統存在以下缺點：一方面所有組串都並 在一起，工作同一個電壓下，因此系統不能使每個組串都工作在最大功率點，從而造成降低 了組串的發電量；另一方面由於光伏發電系統直流側的開口電壓小於1000V，最大功率點 電壓工作被限制在45(T650V，因此逆變器輸出電壓限制在315Vac，500kW逆變器最大輸入 電流為1100A，如果進一步增大逆變器輸出功率，則逆變器輸入電流進一步增大，勢必採用 更大電流容量的半導體功率器件和開關器件，系統造價急劇上升。
[0026] 本例將現有技術的兩個逆變器合二為一，省去了兩條母線、三條逆變器至變壓器 的線纜，兆瓦房體積更小，且可以採用更便宜的雙繞組變壓器；而引入的MPPT變換器的 內部電路，採用高頻化手段，效率可達99%，其總成本僅為單個逆變器成本的三分之一，因 此，本例能夠顯著降低光伏發電系統的電氣設備造價，而且能夠將整個系統的發電量提升 3 ?5%。
[0027] 如圖1所示，本例所述MPPT變換器的一個輸入端連接至組串的正極，所述MPPT變 換器的另一個輸入端連接至組串的負極；所述MPPT變換器的一個輸出端相互並聯後連接 至母線正極，所述MPPT變換器的另一個輸出端相互並聯後連接至母線負極；母線電壓接到 逆變器，逆變器輸出接到變壓器。
[0028] 本例所述變壓器可以採用為雙繞組變壓器。
[0029] 本例的專業術語解釋如下：MPPT為最大功率點跟蹤；大型光伏電站中，通常以1MW 為單元，獨立併網，兆瓦房即為1MW光伏系統中安裝逆變器、配電櫃、通訊櫃、監控器的土建 房或貨櫃，其輸出功率為1MW ;雙分裂變壓器：原邊為兩個獨立繞組，副邊為一個繞組的 變壓器；雙繞組變壓器：原副邊都只有一個繞組的變壓器。
[0030] 實施例2 :
[0031] 在實施例1的基礎上，如圖4所示，本例所述MPPT變換器包括控制器和升壓電路， 所述控制器為相關閉環控制器。所述相關閉環控制器優選為相位相關閉環控制器。
[0032] 本例所述升壓電路包括電容Cin、電容C0、二極體D和開關管Q ;所述電容Cin與 輸入端正負極連接；所述電感L 一端與電容Cin連接，另一端和二極體D的陽極連接；所述 二極體D的陽極分別與開關管Q和電感L連接，所述二極體D的陰極與輸出端正極連接；所 述開關管Q-端與二極體D的陽極連接，另一端與電路負極連接；所述電容C0與輸出端正 負極連接。
[0033] 本例所述控制器分別與升壓電路的輸入端和輸出端相連接，所述控制器與IGBT 場效應管的G級相連接。所述控制器發送驅動信號至IGBT場效應管的G級，所述控制器連 接至升壓電路的輸入端以採集輸入電壓，所述控制器連接至升壓電路的輸出端以採集輸出 電壓和輸出電流。
[0034] 以上所述之【具體實施方式】為本實用新型的較佳實施方式，並非以此限定本實用新 型的具體實施範圍，本實用新型的範圍包括並不限於本【具體實施方式】，凡依照本實用新型 之形狀、結構所作的等效變化均在本實用新型的保護範圍內。
【權利要求】
1. 一種高效率低成本的光伏發電系統，其特徵在於，包括：MPPT變換器、逆變器、變壓 器和至少兩個相互並聯的組串；一個或多個組串連接至一個對應的MPPT變換器，所述組串 連接至MPPT變換器的輸入端，所述MPPT變換器的輸出端連接至逆變器的輸入端，所述逆變 器的輸出端與變壓器相連接。
2. 根據權利要求1所述的高效率低成本的光伏發電系統，其特徵在於，所述MPPT變換 器的一個輸入端連接至組串的正極，所述MPPT變換器的另一個輸入端連接至組串的負極。
3. 根據權利要求1所述的高效率低成本的光伏發電系統，其特徵在於，所述MPPT變換 器與每一個組串一一對應連接，至少兩個MPPT變換器之間相互並聯。
4. 根據權利要求3所述的高效率低成本的光伏發電系統，其特徵在於，所述MPPT變換 器的一個輸出端相互並聯後連接至母線正極，所述MPPT變換器的另一個輸出端相互並聯 後連接至母線負極。
5. 根據權利要求1至4任意一項所述的高效率低成本的光伏發電系統，其特徵在於，所 述變壓器為雙繞組變壓器。
6. 根據權利要求1至4任意一項所述的高效率低成本的光伏發電系統，其特徵在於，所 述MPPT變換器包括控制器和升壓電路，所述控制器為相關閉環控制器。
7. 根據權利要求6所述的高效率低成本的光伏發電系統，其特徵在於，所述升壓電路 包括電容Cin、電容C0、二極體D、電感L和開關管Q ;所述電容Cin與輸入端正負極連接；所 述電感L 一端與電容Cin連接，另一端和二極體D的陽極連接；所述二極體D的陽極分別與 開關管Q和電感L連接，所述二極體D的陰極與輸出端正極連接；所述開關管Q -端與二極 管D的陽極連接，另一端與電路負極連接；所述電容C0與輸出端正負極連接。
8. 根據權利要求7所述的高效率低成本的光伏發電系統，其特徵在於，所述控制器分 別與升壓電路的輸入端和輸出端相連接，所述控制器與IGBT場效應管的G級相連接。
【文檔編號】H02S40/32GK204119150SQ201420427206
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年7月30日 優先權日:2014年7月30日
【發明者】溫志偉, 黃雅婷, 郜佳輝 申請人:深圳科士達科技股份有限公司