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)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種光伏發(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)】
[0002]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(jí)和容量，把大量光伏組件通過(guò)串聯(lián)和并聯(lián)的方式連接至匯流箱，然后經(jīng)過(guò)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(guò)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(duì)整個(gè)串并聯(lián)光伏陣列或組件串，無(wú)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。
[0003]針對(duì)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(tái)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(wèn)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(wèn)題，存在并網(wǎng)控制復(fù)雜、成本高、可靠性低等不足。
[0004]針對(duì)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(kāi)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(wèn)題，也沒(méi)涉及到各個(gè)變換器的通信問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的主要目的在于:針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)和不足，提供結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制更加靈活簡(jiǎn)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。
[0006]本實(shí)用新型解決該技術(shù)問(wèn)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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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η個(gè)所述直流光伏模塊(其中η ( 255)和一個(gè)所述GPRS模塊，每個(gè)所述直流光伏模塊均通過(guò)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(wú)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)。
[0010]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(guò)RS485總線與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)通信。
[0011]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(guò)RS485總線與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)通信。
[0012]本實(shí)用新型的有益效果是:1)直流光伏模塊直接將光伏組件的輸出電壓升高至所需電壓(如800V或400V)，直接與直流母線相連，然后通過(guò)逆變器直接將直流電能變換為交流電能，無(wú)需匯流箱；2)采用無(wú)線及有線通信方式采集每個(gè)直流光伏模塊的狀態(tài)信息，以實(shí)現(xiàn)各個(gè)直流光伏模塊狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷，方便系統(tǒng)維護(hù)；3)具有系統(tǒng)可靠性高、控制更加靈活簡(jiǎn)便、抗局部陰影和組件電氣參數(shù)失配能力強(qiáng)、能量轉(zhuǎn)化效率高、適用范圍廣等優(yōu)勢(shì)，可徹底解決陰影等形成的熱斑效應(yīng)，大大提高整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率，實(shí)現(xiàn)了任何光照條件下，特別是不匹配光照條件下光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電效率最大化；4)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于施工、成本經(jīng)濟(jì)，便于推廣應(yīng)用，尤其適合于分布式光伏電站。
【附圖說(shuō)明】
[0013]附圖為本實(shí)用新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的示意圖。
[0014]其中，1-直流光伏模塊；2_GPRS模塊；3_直流母線；4_逆變器；5_儲(chǔ)能裝置變換器；6_儲(chǔ)能裝置；7_交流母線；8_智能雙向電表；9_交流負(fù)載；10_交流電網(wǎng)。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0016]如附圖所示，本實(shí)用新型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1、GPRS模塊2、直流母線3、逆變器4、儲(chǔ)能裝置變換器5、儲(chǔ)能裝置6、交流母線7、智能雙向電表8、交流負(fù)載9。直流光伏模塊I與直流母線3相連；儲(chǔ)能裝置變換器5一端與直流母線3相連，另一端與儲(chǔ)能裝置6相連；逆變器4的一端與直流母線3相連，另一端與交流母線7相連，將直流電能變換為交流電能，并輸送至交流母線7 ;交流負(fù)載9與交流母線7相連獲取電能；智能雙向電表8的一端與交流母線7相連，另一端與電網(wǎng)10連接，實(shí)現(xiàn)電能的雙向計(jì)量。光伏發(fā)電系統(tǒng)首先確保給交流負(fù)載9供電，如果光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量高于交流負(fù)載9的用電量，則多余的電能可饋給電網(wǎng)10 ;如果發(fā)電量低于交流負(fù)載9的用電量，則由電網(wǎng)10補(bǔ)充，給交流負(fù)載9饋電。
[0017]所述直流光伏模塊I由光伏組件PV、直流微型變換器MC、通信模塊組成，所述直流微型變換器MC —端與所述光伏組件PV相連，另一端與直流母線3相連，所述直流微型變換器MC為升壓回路，可直接將光伏組件PV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)，大大提高系統(tǒng)發(fā)電效率。
[0018]進(jìn)一步地，將系統(tǒng)中所有的直流光伏模塊I作為基本單元進(jìn)行并聯(lián)，且均與直流母線3相連，將電能輸送、匯至直流母線3。
[0019]進(jìn)一步地，將系統(tǒng)中所有直流光伏模塊I分為N組；每組含有η個(gè)直流光伏模塊I(其中η ( 255)和一個(gè)GPRS模塊2，每個(gè)直流光伏模塊I均通過(guò)其通信模塊與本組的GPRS模塊2相連；所述GPRS模塊2與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信，采集并上傳直流光伏模塊I的狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)直流光伏模塊I狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷，方便系統(tǒng)維護(hù)。
[0020]儲(chǔ)能裝置變換器5為雙向變換器，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能裝置6的充放電管理和直流母線3穩(wěn)壓功能，并通過(guò)RS485總線與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)通信。
[0021]逆變器4實(shí)現(xiàn)直流母線3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(guò)RS485總線與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)通信。
[0022]除上述實(shí)施例外，本實(shí)用新型還可以有其它實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一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，其特征在于: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。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述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)，其特征在于: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，另一端與直流母線相連，所述直流微型變換器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，徹底解決陰影形成的熱斑效應(yīng)，大大提高發(fā)電效率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述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)，其特征在于: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。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述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)，其特征在于:將系統(tǒng)中所有的所述直流光伏模塊分為若干組，每組含有不多于255個(gè)所述直流光伏模塊和一個(gè)所述GPRS模塊，每個(gè)所述直流光伏模塊均通過(guò)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(wú)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)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述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)，其特征在于: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(guò)RS485總線與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)通信。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及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。該結(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、儲(chǔ)能裝置變換器、交流母線、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，且與所述GPRS模塊相連；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；所述雙向電表一端與所述交流母線相連，另一端與電網(wǎng)連接。本實(shí)用新型可徹底解決陰影等形成的熱斑效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了任何光照條件下光伏系統(tǒng)發(fā)電效率最大化，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于施工，尤其適合分布式光伏電站。
【IPC分類】H02S40-38, H02S40-32
【公開(kāi)號(hào)】CN204465446
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520097954
【發(fā)明人】蔡彬, 武玉強(qiáng), 褚曉廣, 曹佃國(guó), 鄭曉明, 劉培臣
【申請(qǐng)人】曲阜師范大學(xué), 褚曉廣
【公開(kāi)日】2015年7月8日
【申請(qǐng)日】2015年2月12日