專利名稱：一種太陽能發(fā)電系統(tǒng)及其匯流箱的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能發(fā)電技術(shù)，尤指一種太陽能發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術(shù)：
太陽能并網(wǎng)發(fā)電可以減輕能源危機(jī)的壓力、解決電力緊缺地區(qū)的供電問題、緩 解峰值時(shí)間的電力緊張，又有保護(hù)環(huán)境、便于安裝、適應(yīng)地域廣、無能源消耗等諸多優(yōu) 點(diǎn)，所以，太陽能并網(wǎng)發(fā)電成為世界上多個(gè)國家政府支持的長期能源戰(zhàn)略的重要內(nèi)容， 是今后新能源的發(fā)展趨勢。我國的太陽能并網(wǎng)發(fā)電剛剛起步，目前市場上的太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)均采用 一一對應(yīng)的工作方式，即一個(gè)太陽能陣列(比如IOKWp的太陽能陣列)只能為一臺(tái)并網(wǎng) 逆變器(比如并網(wǎng)逆變器的最大直流輸入功率為10KW)供電；而不能做到多個(gè)太陽能陣 列為多臺(tái)并網(wǎng)逆變器供電的情況，即不能實(shí)現(xiàn)太陽能陣列的共用，也不能實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)逆變 器的共用。其原因就是在最大功率跟蹤上采用了分散式的操作手段，但是沒有采用集中 式的控制方式，使每臺(tái)并網(wǎng)逆變器和每個(gè)太陽能陣列都是相互獨(dú)立的。 在陰雨季節(jié)或者光照不強(qiáng)的時(shí)候，一個(gè)獨(dú)立的太陽能陣列的輸出電壓很低，其 工作在低功率狀態(tài)，不能滿足與此太陽能陣列對應(yīng)的并網(wǎng)逆變器的工作條件，這樣并網(wǎng) 逆變器就不能工作，太陽能電站就不能發(fā)電，阻礙了太陽能電站的發(fā)電效率，也沒有更 高效的利用太陽能電池板。目前，市場上有利用電容型儲(chǔ)能元件和升壓電路來解決太陽能電池板在陰雨季 節(jié)或者光照不強(qiáng)時(shí)不能發(fā)電的情況；但是，由于大的電容型儲(chǔ)能元件價(jià)格昂貴，升壓電 路自身有很大的損耗，并且升壓電路供給并網(wǎng)逆變器的是脈沖電壓，不利于并網(wǎng)逆變器 的正常使用，所以不能大規(guī)模的使用。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種提高太陽能電站的工作效率，有效 解決大規(guī)模電站在陰雨季節(jié)或者光照不強(qiáng)時(shí)不能發(fā)電問題的太陽能發(fā)電系統(tǒng)及其匯流箱 的控制方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，包括至少兩組太陽能陣列、至少 一個(gè)匯流箱和太陽能并網(wǎng)逆變器組，匯流箱與太陽能陣列和太陽能并網(wǎng)逆變器組相連， 用于采集太陽能陣列的發(fā)電電壓和電流，根據(jù)采集的發(fā)電電壓和電流控制太陽能陣列之 間的串并聯(lián)方式，達(dá)到并網(wǎng)逆變器所需的工作電壓和電流，根據(jù)太陽能方陣的輸出功 率，通過匯流箱自身的輸出電壓和電流，選擇開啟與關(guān)閉并網(wǎng)逆變器組中并網(wǎng)逆變器的 數(shù)量，令每個(gè)并網(wǎng)逆變器以滿功率下工作。進(jìn)一步，所述匯流箱包括電流傳感器、電壓傳感器、切換開關(guān)、穩(wěn)壓恒流裝 置、功率抑制裝置和控制電路，其中，電流傳感器用于采集所述太陽能陣列的發(fā)電電流；
電壓傳感器用于采集所述太陽能陣列的發(fā)電電壓；切換開關(guān)用于更改所述太陽能陣列的串并聯(lián)連接方式；穩(wěn)壓恒流裝置用于在所述太陽能陣列的連接方式變換時(shí)，保證所述太陽能陣列 輸入到所述并網(wǎng)逆變器組的直流電壓和電流平穩(wěn)；功率抑制裝置用于在所述太陽能陣列的輸出電壓和電流發(fā)生突變時(shí)抑制功率， 保證控制電路給切換開關(guān)的信號(hào)平穩(wěn)；控制電路用于對電流傳感器采集的電流信號(hào)，電壓傳感器采集的電壓信號(hào)以及 功率抑制裝置的功率抑制信號(hào)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理輸出控制信號(hào)。進(jìn)一步，所述匯流箱中集成有防雷裝置。進(jìn)一步，所述并網(wǎng)逆變器與太陽能陣列的規(guī)格相互對應(yīng)。進(jìn)一步，所述并網(wǎng)逆變器組中的每一并網(wǎng)逆變器為同一規(guī)格。上述太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的匯流箱的控制方法，具體為1)在匯流箱的控制電路 中預(yù)設(shè)單臺(tái)并網(wǎng)逆變器的滿功率Pm和并網(wǎng)逆變器的最佳工作電壓Vm; 2)根據(jù)匯流箱采 集的單個(gè)太陽能陣列的發(fā)電電壓Vtl和發(fā)電電流Itl,計(jì)算出單個(gè)太陽能陣列發(fā)電功率Ptl ；
3)利用公式Vm/VQ= Nl+XlPm/PQ = N2+X2，計(jì)算出整數(shù)Ni、N2和小數(shù)XI、X2 ；
4)根據(jù)Ni、N2和小數(shù)XI、X2的數(shù)值控制切換開關(guān)，切換太陽能陣列之間的串并聯(lián)關(guān) 系，并計(jì)算經(jīng)過切換后的每組太陽能陣列的輸出功率pi ； 5)判斷pdPpm大小，當(dāng)pgpm 時(shí)，重復(fù)步驟4)，切換開關(guān)改變太陽能陣列之間的串并聯(lián)關(guān)系，直至滿足Pl<Pm;當(dāng)？1 <pm時(shí)，關(guān)閉或開啟部分并網(wǎng)逆變器。本發(fā)明的太陽能發(fā)電系統(tǒng)及其匯流箱的控制方法，在多組太陽能陣列和并網(wǎng)逆 變器組之間設(shè)置匯流箱的方式，通過匯流箱采集到的實(shí)時(shí)信號(hào)對太陽能陣列和并網(wǎng)逆變 器組進(jìn)行控制，在陰雨季節(jié)和光照不強(qiáng)的情況下，改變太陽能陣列組之間的串并聯(lián)關(guān) 系，并適當(dāng)關(guān)閉部分并網(wǎng)逆變器，保證所有工作的并網(wǎng)逆變器滿功率工作；在夏季光 照強(qiáng)的情況下，所有太陽能陣列都在正常狀態(tài)下工作時(shí)，匯流箱控制開啟所有并網(wǎng)逆變 器，如此有效的解決了現(xiàn)有太陽能電站不發(fā)電和損耗大的問題，提高了太陽能電站的工 作效率。


圖1為本發(fā)明太陽能發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為220Wp太陽能電池板在不同輻照度下的發(fā)電電壓-發(fā)電電流特征曲線；圖3為本發(fā)明太陽能發(fā)電系統(tǒng)中匯流箱的工作流程圖。
具體實(shí)施例方式以下，參考附圖對關(guān)于本發(fā)明的太陽能發(fā)電系統(tǒng)及其高效匯流箱的控制方法進(jìn) 行詳細(xì)說明。如圖1所示，本發(fā)明的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，包括太陽能陣列組1、匯流箱2和并網(wǎng) 逆變器組3，通過匯流箱2將太陽能陣列組1與并網(wǎng)逆變器組3相連，并網(wǎng)逆變器組3輸 出端設(shè)置交流配電柜4給電網(wǎng)5和負(fù)載6供電。匯流箱2包括電流傳感器201、電壓傳感 器202、切換開關(guān)203、穩(wěn)壓恒流裝置204、功率抑制裝置205和控制器206，其中電流傳
4感器201用于采集太陽能陣列組1中的發(fā)電電流，電壓傳感器202用于采集太陽能陣列組 1中的發(fā)電電壓，切換開關(guān)203用于更改太陽能陣列組1的串并聯(lián)連接方式，穩(wěn)壓恒流裝 204置用于在太陽能陣列組1的連接方式變換時(shí)，保證太陽能陣列組1輸入到并網(wǎng)逆變器 組3的直流電壓和電流平穩(wěn)；功率抑制裝置205用于在太陽能陣列組1的輸出電壓和電流 發(fā)生突變時(shí)抑制功率，保證控制器206給切換開關(guān)203的信號(hào)平穩(wěn)；控制器206用于對電 流傳感器201采集的電流信號(hào)，電壓傳感器202采集的電壓信號(hào)以及功率抑制裝置205的 功率抑制信號(hào)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理輸出控制信號(hào)。圖2表示的是某塊220Wp太陽能電池板在不同輻照度下的發(fā)電電壓-發(fā)電電流 特性圖，由圖可知，當(dāng)在輻照度高的時(shí)候(大于800W/m2)，太陽能電池板的發(fā)電電流明 顯大于該太陽能電池板在輻照度低的時(shí)候(小于200W/m2)的發(fā)電電流，由公式(1)可 知，該太陽能電池輸出功率在輻照度強(qiáng)的時(shí)候明顯大于輻照度低的時(shí)候。所以在陰雨季 節(jié)和光照不強(qiáng)的環(huán)境下，由于輻照度低，太陽能陣列組1都工作在低功率狀態(tài)，匯流箱 2控制只啟動(dòng)幾臺(tái)并網(wǎng)逆變器，使這些并網(wǎng)逆變器達(dá)到滿功率工作或者在最大功率跟蹤控 制(以下稱作MPPT (Maximum Power Point Tracking)下工作。當(dāng)太陽能陣列組1在照度 強(qiáng)的情況下都在正常狀態(tài)下工作時(shí)，匯流箱2將啟動(dòng)所有的并網(wǎng)逆變器，令所有的并網(wǎng) 逆變器工作在滿功率狀態(tài)或者在MPPT調(diào)節(jié)下工作，有效解決了大規(guī)模電站在陰雨季節(jié) 或者光照不強(qiáng)時(shí)不能發(fā)電和損耗大的問題。另外，通過模塊化設(shè)計(jì)，匯流箱2中還可以集成防雷模塊，這樣更能保證并網(wǎng) 太陽能電站安全、正常和高效運(yùn)行。如圖3所示，本發(fā)明的匯流箱的控制步驟具體為步驟SD02是對匯流箱進(jìn)行數(shù) 據(jù)初始化，其中包括單臺(tái)并網(wǎng)逆變器的滿功率Pm和并網(wǎng)逆變器的最佳工作電壓Vm，Pm 和Vm存儲(chǔ)在控制器206中，是并網(wǎng)逆變器工作的主要參考值，根據(jù)這些參考值才能計(jì)算 后面的控制過程。步驟SD03是控制器206通過電壓傳感器202采集單個(gè)太陽能陣列發(fā)電 電壓Vo，并且通過電流傳感器201采集單個(gè)太陽能陣列發(fā)電電流Ιο。步驟SD04是控制 器206把采集到的單個(gè)太陽能陣列的發(fā)電電壓Vo和發(fā)電電流Io，利用公式(1)計(jì)算出單 個(gè)太陽能陣列發(fā)電功率Po，步驟SD05利用公式(2)和公式(3)，計(jì)算出整數(shù)Ni、N2和 小數(shù)XI、X2。Po = VoXIo (1)Vm+Vo = N1+X1 (2)Pm+Po = N2+X2 (3)步驟SD06根據(jù)整數(shù)Ni、N2和小數(shù)XI、X2的值來控制切換開關(guān)203。當(dāng)切換 開關(guān)動(dòng)作后，太陽能陣列之間的串并聯(lián)關(guān)系就發(fā)生改變，所以步驟SD07新的串并聯(lián)方式 將出現(xiàn)。步驟SD08計(jì)算太陽能陣列串并聯(lián)后每組輸出的功率P1。步驟SD09，當(dāng)判定Pl < Pm為否定時(shí)，轉(zhuǎn)向步驟SD06，重新控制切換開關(guān)， 對太陽能陣列進(jìn)行重新排列。當(dāng)判定為肯定時(shí)，轉(zhuǎn)向步驟SD10，關(guān)閉或者開啟部分并網(wǎng) 逆變器，然后轉(zhuǎn)向步驟SD03，重新對單個(gè)太陽能陣列發(fā)電電壓Vo和發(fā)電電流Io進(jìn)行采 集。高效匯流箱2中的功率抑制裝置205，當(dāng)功率抑制裝置205采集到的電壓傳感器 202和電流傳感器201發(fā)生突變(太陽光突然變強(qiáng)或者突然變?nèi)?時(shí)會(huì)抑制功率，保證控制器給切換開關(guān)的信號(hào)平穩(wěn)。而穩(wěn)壓恒流裝置204，則能夠限制高效匯流箱的突變輸出， 保護(hù)并網(wǎng)逆變器的正常工作。 需要指出的是根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
所做出的任何變形，均不脫離本發(fā)明 的精神以及權(quán)利要求所記載的范圍。
權(quán)利要求
1.一種太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包括至少兩組太陽能陣列、至少一個(gè)匯流箱 和太陽能并網(wǎng)逆變器組，匯流箱與太陽能陣列和太陽能并網(wǎng)逆變器組相連，用于采集太 陽能陣列的發(fā)電電壓和電流，根據(jù)采集的發(fā)電電壓和電流控制太陽能陣列之間的串并聯(lián) 方式，達(dá)到并網(wǎng)逆變器所需的工作電壓和電流，根據(jù)太陽能方陣的輸出功率，通過匯流 箱自身的輸出電壓和電流，選擇開啟與關(guān)閉并網(wǎng)逆變器組中并網(wǎng)逆變器的數(shù)量，令每個(gè) 并網(wǎng)逆變器以滿功率下工作。
2.如權(quán)利要求1所述的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述匯流箱包括電流傳感器、 電壓傳感器、切換開關(guān)、穩(wěn)壓恒流裝置、功率抑制裝置和控制電路，其中，電流傳感器用于采集所述太陽能陣列的發(fā)電電流；電壓傳感器用于采集所述太陽能陣列的發(fā)電電壓；切換開關(guān)用于更改所述太陽能陣列的串并聯(lián)連接方式；穩(wěn)壓恒流裝置用于在所述太陽能陣列的連接方式變換時(shí)，保證所述太陽能陣列輸入 到所述并網(wǎng)逆變器組的直流電壓和電流平穩(wěn)；功率抑制裝置用于在所述太陽能陣列的輸出電壓和電流發(fā)生突變時(shí)抑制功率，保證 控制電路給切換開關(guān)的信號(hào)平穩(wěn)；以及控制電路用于對電流傳感器采集的電流信號(hào)，電壓傳感器采集的電壓信號(hào)以及功率 抑制裝置的功率抑制信號(hào)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理輸出控制信號(hào)。
3.如權(quán)利要求1所述的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述匯流箱中集成有防雷裝置。
4.如權(quán)利要求1所述的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述并網(wǎng)逆變器與太陽能陣列 的規(guī)格相互對應(yīng)。
5.如權(quán)利要求1所述的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述并網(wǎng)逆變器組中的每一并 網(wǎng)逆變器為同一規(guī)格。
6.如權(quán)利要求1-5任一所述的太陽能發(fā)電系統(tǒng)中匯流箱的控制方法，具體為1) 在匯流箱的控制電路中預(yù)設(shè)單臺(tái)并網(wǎng)逆變器的滿功率Pm和并網(wǎng)逆變器的最佳工作電壓 Vm； 2)根據(jù)匯流箱采集的單個(gè)太陽能陣列的發(fā)電電壓Vtl和發(fā)電電流Itl,計(jì)算出單個(gè)太 陽能陣列發(fā)電功率PQ; 3)利用公式Vm/VQ = N1+Xl、Pm/P0 = N2+X2,計(jì)算出整數(shù) Ni、N2和小數(shù)XI、X2 ； 4)根據(jù)Ni、N2和小數(shù)XI、X2的數(shù)值控制切換開關(guān)，切換太 陽能陣列之間的串并聯(lián)關(guān)系，并計(jì)算經(jīng)過切換后的每組太陽能陣列的輸出功率p1; 5)判 斷大小，當(dāng)pgpm時(shí)，重復(fù)步驟4)，切換開關(guān)改變太陽能陣列之間的串并聯(lián)關(guān) 系，直至滿足Pl<Pm;當(dāng)Pl<Pm時(shí)，關(guān)閉或開啟部分并網(wǎng)逆變器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種太陽能發(fā)電系統(tǒng)及其匯流箱的控制方法，包括太陽能陣列組、匯流箱和太陽能并網(wǎng)逆變器組，匯流箱用于采集太陽能陣列的發(fā)電電壓和電流，根據(jù)以上參數(shù)控制太陽能陣列之間的串并聯(lián)方式，達(dá)到并網(wǎng)逆變器所需的工作電壓和電流，通過匯流箱自身的輸出電壓和電流，選擇開啟與關(guān)閉并網(wǎng)逆變器的數(shù)量，令每個(gè)并網(wǎng)逆變器以滿功率下工作。本發(fā)明的太陽能發(fā)電系統(tǒng)及其匯流箱的控制方法，在多組太陽能陣列和并網(wǎng)逆變器組之間設(shè)置匯流箱的方式，通過匯流箱采集到的實(shí)時(shí)信號(hào)對太陽能陣列和并網(wǎng)逆變器組進(jìn)行控制，在陰雨季節(jié)和光照不強(qiáng)的情況下，改變太陽能陣列組之間的連接關(guān)系，適當(dāng)關(guān)閉部分并網(wǎng)逆變器，保證所有工作的并網(wǎng)逆變器滿功率工作。
文檔編號(hào)H02N6/00GK102013692SQ20091009218
公開日2011年4月13日 申請日期2009年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月4日
發(fā)明者薛黎明, 鄭小鵬 申請人:中海陽(北京)新能源電力工程有限公司