[發明專利]多重化級聯型光伏發電系統及光伏發電裝置

在審

• 申請號: 201680003855.7
• 申請日: 2016-04-26
• 公開（公告）號: CN107112944A
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 胡炎申
• 申請（專利權）人: 胡炎申
• 主分類號: H02S40/36
• 分類號: H02S40/36;H02J3/38
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司44202
• 代理人: 郝傳鑫,熊永強

技術領域

本發明涉及光伏發電領域，尤其涉及一種多重化級聯型光伏發電系統及一種光伏發電裝置。

背景技術

光伏發電系統中，光伏組件把太陽的光能轉換為間歇性、變化的直流電，通過光伏組件的串并聯提高電壓、增大電流，同時匯流箱、配電柜等實現電氣連接功能，光伏逆變器把這種隨機變化的直流電轉換為與公用電網相同頻率、相位的交流電。并且光伏逆變器具有MPPT(Maximum Power Point Tracking，最大功率點跟蹤)功能，可以通過內部軟件算法自動尋找光伏組串、或光伏陣列的最大功率點。

典型大型荒漠地面、及大型屋頂太陽能光伏電站一般采用集中式逆變器構成光伏發電系統，如圖1所示，主要由太陽能光伏電池組件、匯流箱、交直流配電柜、光伏逆變器、及升壓變壓器組成，可以方便實現10kV/35kV中壓并網。其中，多個光伏組件串聯構成光伏組串，再由多個光伏組串并聯構成光伏陣列，從而得到較高的直流電壓與直流功率，然后共用一臺集中型逆變器實現并網發電。然而，這種系統架構具有明顯的缺點，比如多個串聯的光伏組件中其中某個組件的電流減小，會直接導致這串整個光伏組串的總電流減小，這種現象稱為木桶效應，木桶效應會導致整個組串的輸出功率降低。

分布式光伏發電系統的發展促使光伏發電靠近負載端，從而減小輸配電的傳導損耗。分布式光伏電站一般建在中、大型工商業廠房、及個人家庭屋頂，主要使用組串式逆變器，而無需匯流箱、直流配電柜，如圖2所示。分布式光伏發電系統帶來的主要問題是并機臺數過多后增大并網點的電流諧波，同時容易導致并網諧振問題。組串式系統中光伏組件串聯構成光伏組串，單個或多個并聯的光伏組串經過組串式逆變器內部各自獨立的DC/DC變換器升壓后，再共用組串式逆變器內部的同一套逆變電路實現并網發電，因此這種系統架構具有多路MPPT功能，部分改進了集成式系統單路MPPT存在的多個組串并聯時的失配缺陷。但是，組串式系統內部仍然存在多個光伏組件串聯帶來的木桶效應問題，比如多個串聯的光伏組件中其中某個組件的電流減小，會直接導致這路光伏組串的總電流減小，從而導致整個組串的輸出功率降低。

為了消除集中式、組串式系統的木桶效應，近年來提出了功率優化器的概念，從而構成了含有功率優化器的光伏發電系統，如圖3所示。這個系統主要在集中式、組串式光伏發電系統的基礎上增加了功率優化器這個部件，帶來的直接好處是消除了集中式、組串式系統的木桶效應。由于每塊光伏組件的背面均安裝有一個功率優化器，從而無需把光伏組件直接串聯構成光伏組串、而是把功率優化器的輸出端首尾串聯，因此可以實現組件級、或分布式MPPT功能。但是所造成的缺點顯而易見，主要是增加了部件會提升系統價格、增加系統損耗。功率優化器會使當前系統價格上升6～7.5％；同時其工作效率大約為95～98％，由于功率優化器在光伏系統發電時始終保持運行，從而系統將增多2～5％的功率損耗。

近年來提出的微型逆變器光伏發電系統的概念也可以消除集中式、組串式系統的木桶效應，如圖4所示。這個系統完全不同于集中式、組串式、及含有功率優化器的光伏發電系統，無需把光伏組件直接串聯構成光伏組串，而在每塊光伏組件的背面安裝一個獨立的微型逆變器，因此可以實現組件級、或分布式MPPT功能，帶來的直接好處是消除了集中式、組串式系統由于組件串聯導致的木桶效應。光伏組件直流電壓一般為30～36V、而電網交流電壓為110～220V，所以微型逆變器內部通常為兩級結構，第一級實現直流升壓功能、第二級完成DC/AC交流逆變功能，兩級結構造成的問題非常顯而易見：一方面微型逆變器的工作效率一般為95～96％，從而導致光伏發電系統額外的4～5％功耗；另一方面內部器件繁多、控制復雜，其價格遠遠高于集成式、組串式系統結構，也高于含有功率優化器的系統價格。

發明內容

鑒于現有技術中存在的上述問題，本發明實施例提供一種多重化級聯型光伏發電系統，通過重新構造光伏發電技術的系統架構，以消除光伏組件串聯結構中容易出現的木桶效應問題，并且提升光伏發電系統的發電量和工作效率，同時降低系統成本。