[發(fā)明專利]一種基于直流光伏模塊的光伏發(fā)電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510071636.X
• 申請日: 2015-02-12
• 公開（公告）號: CN104682859A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡彬;武玉強(qiáng);褚曉廣;曹佃國;鄭曉明;劉培臣
• 申請（專利權(quán)）人: 曲阜師范大學(xué);褚曉廣
• 主分類號: H02S40/32
• 分類號: H02S40/32;H02S40/38
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光伏發(fā)電系統(tǒng)，尤其是一種基于直流光伏模塊的光伏發(fā)電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，屬于光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前常用的光伏發(fā)電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有集中式、串聯(lián)式、多支路式。其中，集中式結(jié)構(gòu)按照設(shè)計(jì)的電壓等級和容量，把大量光伏組件通過串聯(lián)和并聯(lián)的方式連接至匯流箱，然后經(jīng)過一個(gè)集中式逆變器將光伏陣列輸出的直流電能變換為交流電能；串聯(lián)式和多支路式結(jié)構(gòu)將多個(gè)光伏組件串聯(lián)形成光伏組件串，每個(gè)組件串通過DC/DC變換器升壓后，再逆變輸出交流電能。這三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的共同缺點(diǎn)是：系統(tǒng)中存在光伏組件的串聯(lián)或并聯(lián)，系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤是針對整個(gè)串并聯(lián)光伏陣列或組件串，無法保證每個(gè)組件均運(yùn)行在最大功率點(diǎn)，抗陰影能力差，甚至可能形成熱斑，導(dǎo)致組件損壞，系統(tǒng)可靠性低，大大降低了系統(tǒng)的能量變換效率，同時(shí)也難以獲得每個(gè)組件的狀態(tài)信息。

針對上述缺點(diǎn)，有文獻(xiàn)指出采用交流模塊式結(jié)構(gòu)。所謂交流模塊式結(jié)構(gòu)是每個(gè)光伏組件配備一臺微型逆變器（MI），組成一個(gè)交流模塊，然后并聯(lián)到交流母線上。這種結(jié)構(gòu)雖然可以克服其它結(jié)構(gòu)抗熱斑和陰影能力差、功率失配、難以有效實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）的問題，但由于每個(gè)交流模塊逆變后并聯(lián)到交流母線上，因而每個(gè)交流模塊均需要考慮并網(wǎng)控制問題，存在并網(wǎng)控制復(fù)雜、成本高、可靠性低等不足。

針對上述不足，已有文獻(xiàn)指出采用直流模塊式結(jié)構(gòu)。CN102158094B公開了一種光伏發(fā)電DC/DC變換器及其控制方法，該方法是將若干個(gè)DC/AC逆變器分別連接一個(gè)高頻變壓器，所有高頻變壓器的二次側(cè)的一端連在一起，另一端分別連接一個(gè)單相二極管實(shí)現(xiàn)整流，組成光伏發(fā)電DC/DC變換器。但該光伏發(fā)電DC/DC變換器及其控制方法存在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制難、施工難、成本高等問題，也沒涉及到各個(gè)變換器的通信問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于：針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)和不足，提供結(jié)構(gòu)簡單、控制更加靈活簡便、易于施工、成本經(jīng)濟(jì)的一種基于直流光伏模塊的光伏發(fā)電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而便于推廣應(yīng)用。

本發(fā)明解決該技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種基于直流光伏模塊的光伏發(fā)電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括直流光伏模塊、GPRS模塊、直流母線、逆變器、儲(chǔ)能裝置變換器、儲(chǔ)能裝置、交流母線、智能雙向電表、交流負(fù)載。所述直流光伏模塊與所述直流母線相連；所述儲(chǔ)能裝置變換器一端與所述直流母線相連，另一端與所述儲(chǔ)能裝置相連；所述逆變器一端與所述直流母線相連，另一端與所述交流母線相連；所述交流負(fù)載與所述交流母線相連；所述智能雙向電表一端與所述交流母線相連，另一端與電網(wǎng)連接。

所述直流光伏模塊由光伏組件、直流微型變換器、通信模塊組成，所述直流微型變換器一端與所述光伏組件相連，另一端與所述直流母線相連，所述直流微型變換器為升壓回路，可直接將所述光伏組件的輸出電壓升高至所需電壓（如800V或400V），它連接有自身的控制回路，所述控制回路與所述通信模塊相連，實(shí)現(xiàn)直流升壓、最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）和通信功能，徹底解決陰影等形成的熱斑效應(yīng)，大大提高發(fā)電效率。

進(jìn)一步地，將光伏發(fā)電系統(tǒng)中所有的所述直流光伏模塊作為基本單元進(jìn)行并聯(lián)，且均與所述直流母線相連，將電能輸送、匯至所述直流母線。

進(jìn)一步地，將光伏發(fā)電系統(tǒng)中所有的所述直流光伏模塊分為若干組；每組含有n個(gè)所述直流光伏模塊（其中n≤255）和一個(gè)所述GPRS模塊，每個(gè)所述直流光伏模塊均通過其通信模塊與本組的所述GPRS模塊相連；所述GPRS模塊與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)無線通信，采集并上傳直流光伏模塊的狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)直流光伏模塊的狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷，方便系統(tǒng)維護(hù)。

所述儲(chǔ)能裝置變換器為雙向變換器，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能裝置的充放電管理和直流母線穩(wěn)壓功能，并通過RS485總線與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)通信。

所述逆變器實(shí)現(xiàn)直流母線穩(wěn)壓以及光伏發(fā)電系統(tǒng)的離網(wǎng)運(yùn)行與并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)之間切換功能，并通過RS485總線與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)通信。