串聯(lián)式光伏方陣高壓隔離大功率調(diào)節(jié)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種串聯(lián)式光伏方陣高壓隔離大功率調(diào)節(jié)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前光伏電站在國(guó)家的政策激勵(lì)下飛速發(fā)展。光照充足的一、二類(lèi)地區(qū)光伏資源 基本分布在西藏、新疆、青海、內(nèi)蒙等邊遠(yuǎn)或無(wú)人地區(qū)，大型光伏電站多建在這些地區(qū)。然而 這些地區(qū)人煙稀少、交通不便、物資嚴(yán)重缺乏、建設(shè)成本高、生存條件差，工業(yè)基礎(chǔ)差，又處 于電網(wǎng)的末端或遠(yuǎn)離電網(wǎng)，光伏發(fā)電無(wú)法就地消納。外送光伏電能遠(yuǎn)離電網(wǎng)，使得這些地區(qū) 光伏電站的建設(shè)、運(yùn)維成本及傳輸損耗大大增加，良好資源無(wú)法很好的利用。同樣，一些荒 山坡嶺有良好的光照條件，但由于具備可建設(shè)光伏電站逆變器、控制室等條件的地點(diǎn)距離 遠(yuǎn)不能利用。即便已建設(shè)光伏電站，也是選擇相對(duì)電網(wǎng)較近的地方。無(wú)論是光伏電站的匯 流箱與逆變器，還是逆變器與并網(wǎng)點(diǎn)的距離都非常遠(yuǎn)，也需要長(zhǎng)距離輸電，交流升壓長(zhǎng)線(xiàn)傳 輸，分布電感、電容、電纜內(nèi)阻都會(huì)造成電量的損失，因此損耗是面臨的主要的問(wèn)題。目前國(guó) 內(nèi)外大型光伏電站多采用集中型電站，如圖6所示，大型集中式光伏電站為提高光伏電站 容量，將所有的伏組串分成η組，如16串伏組串分為一組，每一組的光伏組串輸出經(jīng)匯流箱 內(nèi)并聯(lián)輸出。由此出現(xiàn)η臺(tái)匯流箱，再將η臺(tái)匯流箱分成η個(gè)單元，如8臺(tái)匯流箱為一個(gè)單 元，將一個(gè)單元的匯流箱輸出在開(kāi)關(guān)柜內(nèi)并聯(lián)輸出，再將η個(gè)單元開(kāi)關(guān)柜輸出與逆變器輸 入端并聯(lián)，逆變器轉(zhuǎn)換輸出交流經(jīng)升壓變壓器升壓并網(wǎng)，η為多1的整數(shù)。存在以下不足：
[0003] >電站遠(yuǎn)離并網(wǎng)點(diǎn)，無(wú)論是匯流箱與逆變器還是與并網(wǎng)點(diǎn)的距離相對(duì)都較遠(yuǎn)，傳 輸損耗大；
[0004] >集中式大功率逆變器采用光伏組串并聯(lián)，對(duì)每串光伏組串無(wú)法獨(dú)立進(jìn)行ΜΡΡΤ 最大功率點(diǎn)跟蹤；匯流箱同樣也無(wú)法對(duì)光伏組串/陣列實(shí)現(xiàn)功率優(yōu)化，造成發(fā)電功率損失；
[0005] >光伏組串匯流輸出電壓采用低電流大電纜，傳輸損耗大，以l(Mff電站為例，輸 出到逆變器輸入端直流電壓500V則電流為20000Α;
[0006] >由于逆變器功率不變，不能滿(mǎn)足光伏方陣低功率輸出時(shí)的功率匹配，功率大量 損失，而且失配時(shí)逆變器輸出的諧波增加；
[0007] >所應(yīng)用設(shè)備都是低電壓大電流形式，如逆變器的通態(tài)損耗大；
[0008] >由于逆變器輸入電壓低，使得并網(wǎng)輸出采用升壓變壓器輸出，增加損耗及成 本；
[0009] >由于匯流箱及逆變器無(wú)法檢測(cè)組串、電纜、接線(xiàn)端子的拉電弧、虛接等故障問(wèn) 題，造成發(fā)電量損失及火災(zāi)引起的財(cái)產(chǎn)損失。
[0010] 為降低光伏電站系統(tǒng)損耗，有效發(fā)揮光伏組件的最大發(fā)電效率，目前國(guó)內(nèi)外在不 同技術(shù)方向進(jìn)行研究，如光伏組件級(jí)、光伏組串級(jí)、光伏方陣級(jí)的功率優(yōu)化，然而應(yīng)用并不 理想，主要表現(xiàn)在：組件功率優(yōu)化器安裝在組件上，大型電站應(yīng)用成本高；組串型逆變器的 應(yīng)用有限，在大型電站推廣成本高；
[0011] 再如，模塊化逆變器雖可適應(yīng)全程光伏方陣輸出功率匹配，但由于無(wú)法實(shí)現(xiàn)光伏 組串獨(dú)立功率優(yōu)化，應(yīng)用較少；
[0012] 又如，具有光伏組串功率優(yōu)化、火災(zāi)監(jiān)控預(yù)警的智能匯流箱，和目前無(wú)光伏組串功 率優(yōu)化、火災(zāi)監(jiān)控預(yù)警的匯流箱比較，由于輸出電流大、應(yīng)用意識(shí)及成本高，應(yīng)用受阻。
[0013]串聯(lián)式光伏方陣具有輸出電壓高、電流小、獨(dú)立的光伏組串功率優(yōu)化、成本低等智 能檢測(cè)功能，是非常理想的光伏電站模式，但目前應(yīng)用較少，其原因之一是在串聯(lián)式光伏方 陣中每個(gè)光伏組串高壓隔離功率調(diào)節(jié)模塊輸出功率〈15KW，應(yīng)數(shù)該模塊量多。如圖2所示的 光伏組串高壓隔離功率調(diào)節(jié)模塊電路原理，由于該模塊采用一串或兩串并聯(lián)光伏組串經(jīng)光 伏組串高壓隔離功率調(diào)節(jié)模塊Pm_in+、Pm_in-輸入，并由功率開(kāi)關(guān)Q1、功率開(kāi)關(guān)Q2、儲(chǔ)能電 感L1、儲(chǔ)能電容C1、續(xù)流二極管D1、電流傳感器A組成的升、降壓電路與穩(wěn)壓電路、控制器及 高壓隔離變壓器連接，組成光伏組串高壓隔離調(diào)節(jié)最大功率跟蹤模塊。實(shí)現(xiàn)光伏組串MPPT 最大功率跟蹤、高壓隔離及功率優(yōu)化或升、或降電壓輸出。正常光照時(shí)MPPT跟蹤電壓經(jīng)高 壓隔離變壓器輸出為串聯(lián)式光伏方陣系統(tǒng)功率優(yōu)化電壓。由于云對(duì)光伏組串的影響，在串 聯(lián)式光伏方陣系統(tǒng)中各光伏組串輸出功率不同。為滿(mǎn)足串聯(lián)式光伏方陣最大功率輸出，串 聯(lián)式光伏方陣系統(tǒng)依據(jù)功率優(yōu)化控制策略，調(diào)整每個(gè)光伏組串高壓隔離調(diào)節(jié)最大功率跟蹤 模塊或升、或降電壓輸出。由于該模塊只有一串或兩串并聯(lián)光伏組串輸入，而且MPPT最大 功率跟蹤與串聯(lián)式光伏方陣功率優(yōu)化采用同一升、降電壓電路，所調(diào)整的串聯(lián)式光伏方陣 優(yōu)化輸出電壓也就是調(diào)整改變?cè)撃K的光伏組串MPPT最大功率跟蹤電壓值，由此調(diào)整會(huì) 造成光伏組串MPPT最大功率跟蹤點(diǎn)偏離。由此也帶來(lái)某個(gè)的光伏組串MPPT最大跟蹤點(diǎn)偏 離損失，但對(duì)串聯(lián)式光伏方陣系統(tǒng)來(lái)講，可獲得最大的功率輸出。
[0014] 圖5所示是由η臺(tái)光伏組串高壓隔離功率調(diào)節(jié)模塊串聯(lián)組成的串聯(lián)式光伏方陣， 串聯(lián)式光伏方陣輸出直流電壓經(jīng)模塊化逆變器轉(zhuǎn)換輸出交流電壓再并網(wǎng)。由于光伏組串輸 入數(shù)量< 2串，所以每個(gè)模塊輸出功率〈15KW。如在容量10MW光伏電站應(yīng)用，所需要的光伏 組串高壓隔離功率調(diào)節(jié)模塊數(shù)量為：
[0015] 10000KW/15KW= 667塊，應(yīng)用數(shù)量多，成本高。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0016] 本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有集中式大型光伏電站中各環(huán)節(jié)功率損耗問(wèn)題，如每 個(gè)光伏組串無(wú)法實(shí)現(xiàn)獨(dú)立MPPT最大功率點(diǎn)跟蹤，效率損失大、低壓大電流輸電電纜設(shè)備損 耗、大型變壓器的功率損耗，遠(yuǎn)離并網(wǎng)點(diǎn)建電站成本高等缺點(diǎn)，以及現(xiàn)有串聯(lián)式光伏方陣系 統(tǒng)中的光伏組串高壓隔離功率調(diào)節(jié)模塊輸出功率低，應(yīng)用光伏組串高壓隔離功率調(diào)節(jié)模塊 數(shù)量多等問(wèn)題，提出一種串聯(lián)式光伏方陣高壓隔離大功率調(diào)節(jié)裝置。本實(shí)用新型可提高串 聯(lián)式光方陣系統(tǒng)輸出功率。
[0017] 本實(shí)用新型所涉及的高壓是指光伏組串輸出電壓的最大值1000V。
[0018] 本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案：
[0019] 本實(shí)用新型由Η橋功率驅(qū)動(dòng)電路、η個(gè)最大功率跟蹤模塊最大功率跟蹤模塊、匯流 母排、避雷器、電壓檢測(cè)電路、高壓隔離變壓器、功率直流輸出電路、控制器供電電路和控制 器組成，η為>2的整數(shù)。
[0020] 每個(gè)光伏組串的輸出端與一個(gè)最大功率跟蹤t旲塊最大功率跟蹤t旲塊的輸入端連 接，η個(gè)最大功率跟蹤模塊的輸出端與匯流母排并聯(lián)，匯流母排還與一個(gè)Η橋功率驅(qū)動(dòng)電路 的功率輸入端，避雷器和電壓檢測(cè)電路輸入端并聯(lián)；Η橋功率驅(qū)動(dòng)電路的功率輸出端與高 壓隔離變壓器輸入繞組端連接；高壓隔離變壓器的功率輸出繞組和控制器供電輸出繞組分 別與功率直流輸出電路的輸入端和控制器供電的輸入端連接；控制器供電電路的輸出端與 控制器電源的輸入端連接；控制器還分別與η個(gè)最大功率跟蹤模塊最大功率跟蹤模塊、Η橋 功率驅(qū)動(dòng)電路連接。
[0021] 所述的Η電橋率驅(qū)動(dòng)電路由4只功率開(kāi)關(guān)管和4只續(xù)流二極管組成，每只功率開(kāi) 關(guān)管有一個(gè)控制輸入端、一個(gè)功率輸入端和一個(gè)功率輸出端。每只功率開(kāi)關(guān)管的輸入端和 輸出端反向并聯(lián)一只續(xù)流二極管；每2只功率開(kāi)關(guān)管串聯(lián)，組成2組Η橋臂電路；每組Η橋 臂電路中，一只功率開(kāi)關(guān)管功率輸入端與另一只功率開(kāi)關(guān)管的輸出端串聯(lián)，連接點(diǎn)為Η橋 臂電路的功率輸出端；2組Η橋臂電路的兩端分別為Η橋臂電路的正端和負(fù)端；2組Η橋臂 電路并聯(lián)組成Η橋功率驅(qū)動(dòng)電路，并聯(lián)后，所述的Η橋臂電路的正端和負(fù)端也是Η橋功率驅(qū) 動(dòng)電路的正端和負(fù)端，2組Η橋臂電路的功率輸出端也為Η橋率驅(qū)動(dòng)電路的2個(gè)功率輸出 端，4只功率開(kāi)關(guān)管的控制輸入端也是Η橋功率驅(qū)動(dòng)電路的4個(gè)控制輸入端。
[0022] 所述的最大功率跟蹤模塊由儲(chǔ)能電感、儲(chǔ)能電容、功率開(kāi)關(guān)、續(xù)流二極管和電流傳 感器組成。
[0023] 每一串光伏組串的正輸出端與最大功率跟蹤模塊的正負(fù)輸入端連接，最大功率跟 蹤