專利名稱：一種可實(shí)現(xiàn)在線擴(kuò)容的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種可實(shí)現(xiàn)在線擴(kuò)容的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)駄鄉(xiāng)本實(shí)用新型涉及一種可實(shí)現(xiàn)在線擴(kuò)容的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。 絲狀光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)是最近幾年興起來(lái)的新技術(shù)，與傳統(tǒng)煤電、油電相比， 具有環(huán)保、無(wú)能源消耗等諸多優(yōu)點(diǎn)，成為今后發(fā)展的重點(diǎn)。但是作為電子產(chǎn) 品同樣存在可靠性、可維護(hù)性的相關(guān)問(wèn)題。目前市面上較為流行的光伏發(fā)電系統(tǒng)均采用的是單機(jī)工作，即光伏陣列 只能為一臺(tái)并網(wǎng)逆變器供電，不能同時(shí)為多臺(tái)并網(wǎng)逆變器供電，原因是在最 大功率跟蹤上采用的是分散式控制手段，因此不能實(shí)現(xiàn)光伏陣列共用。當(dāng)用戶需要進(jìn)行擴(kuò)容時(shí)只能采用增加光伏陣列與并網(wǎng)逆變器的容量來(lái)完成，這樣 明顯增加了 二次投入成本。并且采用單機(jī)工作明顯增加了系統(tǒng)工作維護(hù)量。 當(dāng)單機(jī)工作在低負(fù)載狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)換效率明顯低下。隨著光伏發(fā)電系統(tǒng)的普及化中小型光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)入家庭及村莊，光伏 并網(wǎng)逆變器的模塊化設(shè)計(jì)將成為今后中小型光伏發(fā)電的趨勢(shì)。^艦，贈(zèng)本實(shí)用新型的目的在于提供一種能夠根據(jù)需要在線擴(kuò)容，可實(shí)現(xiàn)光伏陣歹!l共用，并網(wǎng)逆變器采用模塊化設(shè)計(jì)的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。
本實(shí)用新型是一種可實(shí)現(xiàn)在線擴(kuò)容的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，主要包括至少 一組光伏陣列、 一個(gè)集中顯示控制模塊和兩組及兩組以上并網(wǎng)逆變模塊，各 光伏陣列及各模塊間通過(guò)光伏直流母線實(shí)現(xiàn)電能的傳輸，通過(guò)通信母線實(shí)現(xiàn) 信號(hào)數(shù)據(jù)的傳輸，各并網(wǎng)逆變模塊輸出電能至電網(wǎng)母線，其中該光伏陣列輸出電能至光伏直流母線，輸出信號(hào)數(shù)據(jù)至通信母線及從通 信母線獲取控制信號(hào)數(shù)據(jù)；該集中顯示控制模塊主是對(duì)各個(gè)光伏陣列進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤集中控 制，根據(jù)光伏陣列電能的大小，控制開啟或關(guān)閉并網(wǎng)逆變模塊，從而來(lái)進(jìn)行 最大效率控制，完成與每個(gè)并網(wǎng)逆變模塊的數(shù)據(jù)通信，以及集中顯示系統(tǒng)工 作參數(shù)；該并網(wǎng)逆變模塊將從光伏直流母線獲得的光伏陣列的輸出電能直接轉(zhuǎn)換 成交流電，并輸入到電網(wǎng)母線，其并入電網(wǎng)功率的大小受集中顯示控制模塊 的控制，其運(yùn)行的參數(shù)及數(shù)據(jù)通過(guò)通信母線輸送至集中顯示控制模塊。所述的集中顯示控制模塊主要由SPI通信模塊、信號(hào)采集控制模塊、并 網(wǎng)功率計(jì)算模塊、集中MPPT控制模塊、最大效率控制模塊、狀態(tài)控制及顯示 模塊和電源組成；其中該SPI通信模塊主要通過(guò)通信母線完成與其它并網(wǎng)逆變模塊的通信；該信號(hào)采集控制模塊主要是對(duì)SPI通信模塊傳送來(lái)的數(shù)據(jù)加以區(qū)分、分 配，從數(shù)據(jù)中解碼出所需要的各種信號(hào)及工作狀態(tài)參數(shù)，以供并網(wǎng)功率計(jì)算 模塊或狀態(tài)控制及顯示模塊使用；該并網(wǎng)功率計(jì)算模塊將信號(hào)采集控制模塊解碼出來(lái)的電流信號(hào)進(jìn)行累加 計(jì)算，完成對(duì)整機(jī)并網(wǎng)總功率及各并網(wǎng)逆變模塊功率的計(jì)算，計(jì)算結(jié)果供集
中MPPT控制模塊或最大功率控制模塊使用；
該集中MPPT控制模塊用于整機(jī)的MPPT控制，對(duì)至少一組光伏陣列的最 大功率進(jìn)行跟蹤掃描，從而確定其最大功率工作點(diǎn)，使光伏陣列輸出最大功 率；
該最大效率控制校塊從并網(wǎng)功率計(jì)算模塊中取得模塊總功率，從集中 MPPT控制模塊中獲取功率調(diào)節(jié)參數(shù)，然后根據(jù)并網(wǎng)逆變模塊的數(shù)量及工作情 況，對(duì)各并網(wǎng)逆變模塊進(jìn)行控制，以使每個(gè)工作的模塊最大限度地處于滿負(fù) 荷狀態(tài)，從而提升整機(jī)效率；
該狀態(tài)控制及顯示模塊主要從信號(hào)采集控制模塊中取出各并網(wǎng)逆變模塊 的實(shí)時(shí)工作數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，以供用戶了解系統(tǒng)工作狀態(tài)；
該電源為集中顯示控制模塊的控制電源部分，它從光伏直流母線及電網(wǎng) 母線中取得電能進(jìn)行變換后供電給各控制模塊。
由于本實(shí)用新型的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)的并網(wǎng)逆變器，通 過(guò)增加光伏陣列及增加相應(yīng)的并網(wǎng)逆變器模塊，就可以實(shí)現(xiàn)在線擴(kuò)容，且由 于運(yùn)用集中式最大功率跟蹤控制方式，可以避免傳統(tǒng)分散式最大功率跟蹤控 制所帶來(lái)的相互干擾的問(wèn)題，能夠?qū)崿F(xiàn)最優(yōu)最大功率跟蹤控制。對(duì)光伏發(fā)電 系統(tǒng)來(lái)說(shuō)具有非常實(shí)用的使用價(jià)值，避免了傳統(tǒng)單機(jī)工作的一些缺點(diǎn)，在任 何狀態(tài)均可獲得最大的轉(zhuǎn)換效率，能最大程度的利用太陽(yáng)能，縮短了維護(hù)時(shí) 間，增強(qiáng)了使用的靈活性。


圖1為本實(shí)用新型各部分的連接關(guān)系圖2為本實(shí)用新型中最大功率點(diǎn)跟蹤控制的調(diào)節(jié)流程； 圖3為本實(shí)用新型中實(shí)現(xiàn)髙效率輸出的控制流程圖。
餘雄討
如圖1所示，本實(shí)用新型主要包括至少一組光伏陣列1、 一集中顯示控 制模塊2和兩組及兩組以上并網(wǎng)逆變模塊3，各光伏陣列.l及各模塊間通過(guò) 光伏直流母線4實(shí)現(xiàn)電能的傳輸，通過(guò)通信母線5實(shí)現(xiàn)信號(hào)數(shù)據(jù)的傳輸，各 并網(wǎng)逆變模塊3輸出電能至電網(wǎng)母線6，其中
該光伏陣列1輸出電能至光伏直流母線4，輸出信號(hào)數(shù)據(jù)至通信母線5 及從通信母線5獲取控制信號(hào)數(shù)據(jù)；
該集中顯示控制模塊2用于集中最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)控制、最大效 率控制、SPI通信及顯示。主是對(duì)各個(gè)光伏陣列1進(jìn)行MPPT控制，根據(jù)光伏 陣列l(wèi)電能的大小，控制開啟或關(guān)閉并網(wǎng)逆變模塊3，從而來(lái)進(jìn)行最大效率 控制，完成與每個(gè)并網(wǎng)逆變模塊3的數(shù)據(jù)通信，以及集中顯示系統(tǒng)工作參數(shù)；
該并網(wǎng)逆變模塊3將從光伏直流母線4獲得的光伏陣列1的輸出電能直 接轉(zhuǎn)換成交流電，并輸入到電網(wǎng)母線6，其并入電網(wǎng)功率的大小受集中顯示 控制模塊2的控制，其運(yùn)行的參數(shù)及數(shù)據(jù)通過(guò)通信母線5輸送至集中顯示控 制模塊2。
所述的集中顯示控制模塊2主要由SPI通信模塊201、信號(hào)采集控制模 塊202、并網(wǎng)功率計(jì)算模塊203、集中MPPT控制模塊204、最大效率控制模 塊205、狀態(tài)控制及顯示模塊206和電源207組成；其中
SPI通信模塊201主要通過(guò)通信母線5完成與其它并網(wǎng)逆變模塊3的通 信。該各并網(wǎng)逆變模塊3由地址區(qū)分，將數(shù)據(jù)通過(guò)通信母線5上傳至SPI通 信模塊201;該集中顯示控制模塊2對(duì)各并網(wǎng)逆變模塊3的控制也是通過(guò)地 址來(lái)區(qū)分，該SPI通信模塊201與其他控制部分釆用了光耦電氣隔離，以減 少信號(hào)干擾，具有很強(qiáng)的抗干擾特性，。信號(hào)采集控制模塊202主要是對(duì)SPI通信模塊201傳送來(lái)的數(shù)據(jù)加以區(qū) 分、分配，從數(shù)據(jù)中解碼出所需要的各種信號(hào)及工作狀態(tài)參數(shù)，以供并網(wǎng)功 率計(jì)算模塊203或狀態(tài)控制及顯示模塊206使用。并網(wǎng)功率計(jì)算模塊203將信號(hào)采集控制模塊202解碼出來(lái)的電流信號(hào)進(jìn) 行累加計(jì)算，完成對(duì)整機(jī)并網(wǎng)總功率及各并網(wǎng)逆變模塊3功率的計(jì)算，計(jì)算 結(jié)果供集中MPPT控制模塊204或最大效率控制模塊205使用。集中MPPT控制模塊204用于整機(jī)的MPPT控制，采用了擾動(dòng)觀測(cè)法對(duì)至 少一組光伏陣列1的最大功率進(jìn)行跟蹤掃描，從而確定其最大功率工作點(diǎn)， 使光伏陣列1輸出最大功率；其MPPT調(diào)節(jié)流程如圖2所示；首先，從信號(hào)采 集控制模塊202和并網(wǎng)功率計(jì)算模塊203取得相關(guān)數(shù)據(jù)，根據(jù)這次光伏功率 與上次光伏功率的比較結(jié)果來(lái)決定是否通過(guò)調(diào)節(jié)并網(wǎng)功率來(lái)增加或減少光伏 電壓，從而實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)的集中控制。最大效率控制模塊205從并網(wǎng)功率計(jì)算模塊203中取得模塊總功率，從 集中MPPT控制模塊204中獲取功率調(diào)節(jié)參數(shù)，然后根據(jù)并網(wǎng)逆變模塊3的數(shù) 量及工作情況，對(duì)各并網(wǎng)逆變模塊3進(jìn)行控制，以使每個(gè)工作的模塊最大限 度地處于滿負(fù)荷狀態(tài)，進(jìn)而提高系統(tǒng)工作的效率?？刂屏鞒倘鐖D3所示。首先，將并網(wǎng)總功率/并網(wǎng)逆變模塊單模塊額定功率，獲得整數(shù)N; 然后，對(duì)各并網(wǎng)逆變模塊3進(jìn)行控制，使第1號(hào)-第N號(hào)并網(wǎng)逆變模塊3 處于滿負(fù)荷工作狀態(tài)，第(N+l)號(hào)并網(wǎng)逆變模塊3受MPPT調(diào)節(jié)控制，將大 于(N+l)號(hào)的并網(wǎng)逆變模塊3全部關(guān)閉。當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)的并網(wǎng)逆變模塊3的額定總功率遠(yuǎn)大于光伏陣列最大功率 時(shí)，若所有并網(wǎng)逆變模塊皆處于工作狀態(tài)(即采用模塊均流輸出的方案)，將 出現(xiàn)低功率轉(zhuǎn)換效率低的問(wèn)題。通過(guò)上述最大效率的控制流程，本實(shí)用新型 可以實(shí)時(shí)根據(jù)并網(wǎng)總功率的大小，使相對(duì)應(yīng)數(shù)量的并網(wǎng)逆變模塊3處于滿負(fù) 荷的工作狀態(tài)，關(guān)閉其他多余的并網(wǎng)逆變模塊3，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的工作 效率。另外，在取整數(shù)N的時(shí)候，可能尚余部分不足單模塊額定功率的功率， 由于要進(jìn)行MPPT調(diào)節(jié)，為避免不讓工作于滿負(fù)載狀態(tài)的模塊執(zhí)行MPPT調(diào)節(jié) 從而產(chǎn)生低功率轉(zhuǎn)換效率低的問(wèn)題，因此由另一塊非滿載工作的并網(wǎng)逆變模 塊3，即(N+l)號(hào)模塊受MPPT調(diào)節(jié)控制，從而實(shí)現(xiàn)將MPPT調(diào)節(jié)時(shí)所產(chǎn)生的不足模塊額定功率的部分功率并入電網(wǎng)。隨著光照強(qiáng)度及環(huán)境溫度的變化，光伏電池的電能是時(shí)刻在變化的，本 實(shí)用新型的光伏并網(wǎng)發(fā)4i系統(tǒng)釆用了 MPPT技術(shù)，這樣在任一時(shí)刻就必須會(huì)有 功率在擾動(dòng)變化，這是MPPT技術(shù)固定的特性。由于1至N號(hào)并網(wǎng)逆變模塊3 均處于最大功率狀態(tài)(即滿負(fù)荷工作狀態(tài))，因此只能依靠沒(méi)有處于額定功率 的并網(wǎng)逆變模塊3來(lái)執(zhí)行MPPT調(diào)節(jié)，這樣就不會(huì)產(chǎn)生同時(shí)進(jìn)行MPPT調(diào)節(jié)致 使每個(gè)并網(wǎng)逆變模塊3輸出功率小于額定功率的現(xiàn)象。受MPPT調(diào)節(jié)的逆變模 塊，與其它滿負(fù)荷工作的逆變模塊不同點(diǎn)在于，受MPPT調(diào)節(jié)的逆變模塊輸出 功率總是小于額定功率，因?yàn)镸PPT調(diào)節(jié)過(guò)程中并網(wǎng)功率是一直在擾動(dòng)變化 的。采用本實(shí)用新型的輸出功率的控制方法后，可以避免所有逆變模塊同時(shí)
受擾動(dòng)而處于非滿負(fù)荷工作狀態(tài)，從而避免使整機(jī)處于低轉(zhuǎn)換效率工作狀態(tài)。由于采用了單個(gè)并網(wǎng)逆變模塊單獨(dú)受MPPT調(diào)節(jié)技術(shù)，與統(tǒng)一 MPPT技術(shù)相比， 又可以提高M(jìn)PPT的跟蹤精度。狀態(tài)控制及顯示模塊206主要從信號(hào)采集控制模塊202中取出各并網(wǎng)逆 變模塊3的實(shí)時(shí)工作數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，以供用戶了解系統(tǒng)工作狀態(tài)。電源207為集中顯示控制模塊2的控制電源部分，它從光伏直流母線2 及電網(wǎng)母線6中取得電能進(jìn)行變換后供電給各控制模塊。本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于光伏陣列組與并網(wǎng)逆變模塊不是一一對(duì)應(yīng) 的關(guān)系，它們通過(guò)集中顯示控制模塊進(jìn)行MPPT集中控制以及最大效率控制， 使整機(jī)(即所有的并網(wǎng)逆變模塊)能夠共用一組光伏方陣，并且能夠跟蹤光 伏電能的大小自動(dòng)調(diào)節(jié)并網(wǎng)逆變模塊的開啟與關(guān)閉，從而避免了采用模塊均 流輸出而導(dǎo)致低功率轉(zhuǎn)換效率低的問(wèn)題，使系統(tǒng)始終工作在最大效率狀態(tài)。 當(dāng)用戶需要進(jìn)行擴(kuò)容時(shí)，可以通過(guò)增加光伏陣列組及并網(wǎng)逆變模塊的來(lái)完成。 且由于本實(shí)用新型采用了模塊化、熱插拔設(shè)計(jì)，因此在維護(hù)、擴(kuò)容等方面具 有一定的實(shí)用性。
權(quán)利要求1、一種可實(shí)現(xiàn)在線擴(kuò)容的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于包括至少一組光伏陣列、一個(gè)集中顯示控制模塊和兩組及兩組以上并網(wǎng)逆變模塊，各光伏陣列及各模塊間通過(guò)光伏直流母線實(shí)現(xiàn)電能的傳輸，通過(guò)通信母線實(shí)現(xiàn)信號(hào)數(shù)據(jù)的傳輸，各并網(wǎng)逆變模塊輸出電能至電網(wǎng)母線，其中該光伏陣列輸出電能至光伏直流母線，輸出信號(hào)數(shù)據(jù)至通信母線及從通信母線獲取控制信號(hào)數(shù)據(jù)；該集中顯示控制模塊主是對(duì)各個(gè)光伏陣列進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤集中控制，根據(jù)光伏陣列電能的大小，控制開啟或關(guān)閉并網(wǎng)逆變模塊，從而來(lái)進(jìn)行最大效率控制，完成與每個(gè)并網(wǎng)逆變模塊的數(shù)據(jù)通信，以及集中顯示系統(tǒng)工作參數(shù)；該并網(wǎng)逆變模塊將從光伏直流母線獲得的光伏陣列的輸出電能直接轉(zhuǎn)換成交流電，并輸入到電網(wǎng)母線，其并入電網(wǎng)功率的大小受集中顯示控制模塊的控制，其運(yùn)行的參數(shù)及數(shù)據(jù)通過(guò)通信母線輸送至集中顯示控制模塊。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可實(shí)現(xiàn)在線擴(kuò)容的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，其 特征在于所述的集中顯示控制模塊主要由SPI通信模塊、信號(hào)采集控制模塊、并 網(wǎng)功率計(jì)算模塊、集中MPPT控制模塊、最大效率控制模塊、狀態(tài)控制及顯示 模塊和電源組成；其中該SPI通信模塊主要通過(guò)通信母線完成與其它并網(wǎng)逆變模塊的通信； 該信號(hào)采集控制模塊主要是對(duì)SPI通信模塊傳送來(lái)的數(shù)據(jù)加以區(qū)分、分 配，從數(shù)據(jù)中解碼出所需要的各種信號(hào)及工作狀態(tài)參數(shù)，以供并網(wǎng)功率計(jì)算模塊或狀態(tài)控制及顯示模塊使用；該并網(wǎng)功率計(jì)算模塊將信號(hào)采集控制模塊解碼出來(lái)的電流信號(hào)進(jìn)行累加計(jì)算，完成對(duì)整機(jī)并網(wǎng)總功率及各并網(wǎng)逆變模塊功率的計(jì)算，計(jì)算結(jié)果供集 中MPPT控制模塊或最大效率控制模塊使用；該集中MPPT控制模塊用于整機(jī)的MPPT控制，對(duì)至少一組光伏陣列的最 大功率進(jìn)行跟蹤掃描，從而確定其最大功率工作點(diǎn)，使光伏陣列輸出最大功 率；該最大效率控制模塊從并網(wǎng)功率計(jì)算模塊中取得模塊總功率，從集中 MPPT控制模塊中獲取功率調(diào)節(jié)參數(shù)，然后根據(jù)并網(wǎng)逆變模塊的數(shù)量及工作情 況，對(duì)各并網(wǎng)逆變模塊進(jìn)行控制，以使每個(gè)工作的模塊最大限度地處于滿負(fù) 荷狀態(tài)，從而整機(jī)轉(zhuǎn)換效率；改狀態(tài)控制及顯示模塊主要從信號(hào)采集控制模塊中取出各并網(wǎng)逆變模塊 的實(shí)時(shí)工作數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，以供用戶了解系統(tǒng)工作狀態(tài)；該電源為集中顯示控制模塊的控制電源部分，它從光伏直流母線及電網(wǎng) 母線中取得電能進(jìn)行變換后供電給各控制模塊。
專利摘要本實(shí)用新型一種可實(shí)現(xiàn)在線擴(kuò)容的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，主要包括至少一組光伏陣列、一個(gè)集中顯示控制模塊和兩組及兩組以上并網(wǎng)逆變模塊，各光伏陣列及各模塊間通過(guò)光伏直流母線實(shí)現(xiàn)電能的傳輸，通過(guò)通信母線實(shí)現(xiàn)信號(hào)數(shù)據(jù)的傳輸，各并網(wǎng)逆變模塊輸出電能至電網(wǎng)母線；由于該光伏陣列組與并網(wǎng)逆變模塊通過(guò)集中顯示控制模塊進(jìn)行MPPT集中控制以及最大效率控制，使整機(jī)能夠共用一組光伏陣列，并且能夠跟蹤光伏電能的大小自動(dòng)調(diào)節(jié)并網(wǎng)逆變模塊的開啟與關(guān)閉，使系統(tǒng)始終工作在最大效率狀態(tài)；當(dāng)用戶需要進(jìn)行擴(kuò)容時(shí)，可以通過(guò)增加光伏陣列組及并網(wǎng)逆變模塊來(lái)完成；且由于采用了模塊化、熱插拔設(shè)計(jì)，因此在維護(hù)、擴(kuò)容等方面具有一定的實(shí)用性。
文檔編號(hào)H02J3/38GK201215929SQ20082004854
公開日2009年4月1日 申請(qǐng)日期2008年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月30日
發(fā)明者周志文, 李曙明, 李民英 申請(qǐng)人:廣東志成冠軍集團(tuán)有限公司