本發(fā)明涉及光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光伏逆變系統(tǒng)以及光伏逆變方法。

背景技術(shù)：

在全球能源需求不斷升高，傳統(tǒng)能源價格居高不下以及環(huán)境問題關(guān)注度不斷提升的背景下，太陽能市場正急速發(fā)展。其中，太陽能光伏發(fā)電是太陽能利用的一種重要形式，光伏逆變系統(tǒng)通常由光伏組件、逆變器以及電網(wǎng)構(gòu)成。

由于光伏組件以及逆變器的連接關(guān)系不同，光伏逆變系統(tǒng)分為不同的結(jié)構(gòu)，如集中式結(jié)構(gòu)、組串式結(jié)構(gòu)以及模塊式結(jié)構(gòu)，其中，集中式結(jié)構(gòu)的光伏逆變系統(tǒng)將光伏組件通過串并聯(lián)形成光伏陣列，能夠產(chǎn)生一個較大的直流電壓和電流，然后通過逆變器將該直流電轉(zhuǎn)換為交流電，并傳輸給電網(wǎng)，即集中式結(jié)構(gòu)的光伏逆變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單且逆變器效率高，但發(fā)明人發(fā)現(xiàn)：其只有一路MPPT，不能應(yīng)對組件串并聯(lián)失配造成的發(fā)電量損失。而組串式結(jié)構(gòu)以及模塊式結(jié)構(gòu)的光伏逆變系統(tǒng)能夠增加MPPT的路數(shù)，但其包含的逆變器數(shù)量較多，又由于逆變器均采用了高壓器件以及電解電容，因此組串式結(jié)構(gòu)以及模塊式結(jié)構(gòu)的光伏逆變系統(tǒng)的效率低且成本較高。

綜上，如何提供一種光伏逆變系統(tǒng)，既能解決光伏組件遮擋、老化等原因造成的光伏陣列的串并聯(lián)失配，又能降低光伏逆變系統(tǒng)的成本，成為當(dāng)前亟待解決的一大技術(shù)難題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種光伏逆變系統(tǒng)以及光伏逆變方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中光伏陣列出現(xiàn)多峰值以及光伏逆變系統(tǒng)成本高的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本申請?zhí)峁┑募夹g(shù)方案如下：

一種光伏逆變系統(tǒng)，包括：

光伏組件；

DC/DC變換器，所述DC/DC變換器的輸入端連接至少一個所述光伏組件，用于對所連接的光伏組件進行輸出功率控制；

直流匯流裝置，多個所述DC/DC變換器的輸出端串聯(lián)后與所述直流匯流裝置的輸入端相連，所述直流匯流裝置用于將多個所述DC/DC變換器輸出的直流電進行匯集；

集中式逆變器，至少一個所述直流匯流裝置的輸出端與所述集中式逆變器的輸入端相連，所述集中式逆變器用于將所述直流匯流裝置輸出的直流電轉(zhuǎn)換成交流電，并將所述交流電耦合至電網(wǎng)或負載。

優(yōu)選的，還包括：

通信裝置，所述通信裝置的一端與互聯(lián)網(wǎng)云端相連，所述通信裝置的另一端與所述集中式逆變器和/或所述DC/DC變換器相連，用于采集所述光伏組件的產(chǎn)能信息，并根據(jù)所述產(chǎn)能信息進行電能調(diào)度。

優(yōu)選的，所述通信裝置為數(shù)據(jù)采集器，所述數(shù)據(jù)采集器連接于所述集中式逆變器與所述互聯(lián)網(wǎng)云端之間；

或者，所述通信裝置為網(wǎng)關(guān)，所述網(wǎng)關(guān)采用無線通信技術(shù)與所述DC/DC變換器通信。

優(yōu)選的，每個所述DC/DC變換器的輸入端連接2-6個所述光伏組件。

優(yōu)選的，所述DC/DC變換器為非隔離型低增益變換器，所述非隔離型低增益變換器包括非隔離型全橋BUCK/BOOST變換器或非隔離型半橋BUCK變換器。

優(yōu)選的，還包括：

保護器件，所述保護器件串接在所述DC/DC變換器與所述集中式逆變器之間，用于防止所述光伏組件之間能量倒流，所述保護器件包括二極管、MOS管、受控機械開關(guān)以及保險絲。

優(yōu)選的，所述直流匯流裝置包括：匯流箱和/或匯流母排。

優(yōu)選的，所述DC/DC變換器通過PLC通信協(xié)議、RS485通信協(xié)議或ZigBee協(xié)議與所述集中式逆變器通信。

優(yōu)選的，所述集中式逆變器的容量大于100kw。

優(yōu)選的，還包括連接在所述直流匯流裝置的輸入端的光伏組串，所述光伏組串包括所述光伏組件和/或所述DC/DC變換器，

所述光伏組件相串聯(lián)，或，所述光伏組件與所述DC/DC變換器相串聯(lián)。

一種光伏逆變方法，應(yīng)用于上述的任意一項所述光伏逆變系統(tǒng)，其中：

所述DC/DC變換器采樣所述光伏組件的輸入信號或輸出信號，并將所述輸入信號以及所述輸出信號進行環(huán)路處理，使所述輸入信號或所述輸出信號穩(wěn)定在一預(yù)設(shè)值，使得所述光伏組件的輸出功率為最大輸出功率。

優(yōu)選的，所述集中式逆變器采樣直流側(cè)信息或交流側(cè)信息做最大功率跟蹤，獲取所述光伏逆變系統(tǒng)的最大輸出功率。

由上述方案可知，本發(fā)明提供的一種光伏逆變系統(tǒng)，包括：光伏組件、DC/DC變換器、直流匯流裝置以及集中式逆變器。其中，DC/DC變換器的輸入端連接至少一個光伏組件，用于對所連接的光伏組件進行輸出功率控制。多個DC/DC變換器的輸出端串聯(lián)后與直流匯流裝置的輸入端相連，直流匯流裝置用于將多個所述DC/DC變換器輸出的直流電進行匯集。至少一個直流匯流裝置的輸出端與集中式逆變器的輸入端相連，集中式逆變器用于將直流匯流裝置輸出的直流電轉(zhuǎn)換成交流電，并將該交流電耦合至電網(wǎng)或負載。

本方案提供的光伏逆變系統(tǒng)通過DC/DC變換器采樣所述光伏組件的輸入信號或輸出信號，并將所述輸入信號以及所述輸出信號進行環(huán)路處理，使所述輸入信號或所述輸出信號穩(wěn)定在一預(yù)設(shè)值，使得所述光伏組件的輸出功率為最大輸出功率，因此，解決了光伏組件因遮擋、老化等原因造成的光伏陣列的串并聯(lián)失配問題。并且，本光伏逆變系統(tǒng)可以只包括一個集中式逆變器，相比于現(xiàn)有技術(shù)中的光伏逆變系統(tǒng)，成本降低。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種光伏逆變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的又一種光伏逆變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的又一種光伏逆變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的一種光伏組件在不同光照強度下的輸出功率曲線圖；

圖5為本發(fā)明實施例提供的一種光伏組件在不同溫度下的輸出功率曲線圖；

圖6為本發(fā)明實施例提供的一種光伏組串在部分遮擋時的輸出功率曲線圖；

圖7為本發(fā)明實施例提供的又一種光伏組串在部分遮擋時的輸出功率曲線圖；

圖8為本發(fā)明實施例提供的又一種光伏組串在部分遮擋時的輸出功率曲線圖；

圖9為本發(fā)明實施例提供的一種光伏組串在部分遮擋時的輸出功率的功率損失計算表；

圖10為本發(fā)明實施例提供的又一種光伏逆變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11為本發(fā)明實施例提供的一種非隔離型全橋BUCK/BOOST變換器的電路圖；

圖12為本發(fā)明實施例提供的一種非隔離型半橋BUCK變換器的電路圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本方案提供的光伏逆變系統(tǒng)通過DC/DC變換器采樣所述光伏組件的輸入信號或輸出信號，并將所述輸入信號以及所述輸出信號進行環(huán)路處理，使所述輸入信號或所述輸出信號穩(wěn)定在一預(yù)設(shè)值，使得所述光伏組件的輸出功率為最大輸出功率，因此，解決了光伏組件因遮擋、老化等原因造成的光伏陣列串并聯(lián)失配的問題。并且，本光伏逆變系統(tǒng)可以只包括一個集中式逆變器，相比于現(xiàn)有技術(shù)中的光伏逆變系統(tǒng)，成本降低。

請參閱圖1，為本方案實施例提供的一種光伏逆變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，該光伏逆變系統(tǒng)10包括：光伏組件101、DC/DC變換器102、直流匯流裝置103以及集中式逆變器104。

其中，DC/DC變換器102的輸入端連接至少一個光伏組件101，用于對所連接的光伏組件101進行輸出功率控制。如，圖1中，每個DC/DC變換器102連接一個光伏組件101。除此，還可以如圖2所示，一個DC/DC變換器102連接多個光伏組件101，如DC/DC變換器102a連接光伏組件101a1以及光伏組件101a2。需要說明的是，在本實施例中，并不限定DC/DC變換器102連接的光伏組件101的個數(shù)，如DC/DC變換器102a連接兩個光伏組件(光伏組件101a1以及光伏組件101a2)，又如DC/DC變換器102b連接四個光伏組件(光伏組件101b1、光伏組件101b2、光伏組件101b3以及光伏組件101b4)。

優(yōu)選的，每個DC/DC變換器102的輸入端連接2-6個光伏組件101。這樣的配置方式能相比一個DC/DC變換器102連接一個光伏組件101的方式減少DC/DC變換器102的使用數(shù)量，降低整個光伏逆變系統(tǒng)的成本。但需要說明的是，本發(fā)明提供的光伏逆變系統(tǒng)中，與同一個DC/DC變換器102連接的光伏組件101的數(shù)量并不局限于上述舉例數(shù)量，可以根據(jù)實際的設(shè)置需求進行調(diào)整，在本實施例中并不進行窮舉。

請結(jié)合圖1，多個DC/DC變換器102的輸出端串聯(lián)后與直流匯流裝置103的輸入端相連，直流匯流裝置103用于將多個所述DC/DC變換器輸出的直流電進行匯集。需要說明的是，本方案中，DC/DC變換器之間采用串聯(lián)的方式進行連接，形成多個DC/DC變換器組串，然后一個直流匯流裝置103與至少一個光伏組串相連，用于將并接在同一直流匯流裝置103上的多個光伏組串產(chǎn)生的直流電進行匯流處理，然后，直流匯流裝置103將匯流后的直流電通過直流母線傳遞至所述集中式逆變器104。

需要說明的是，在本方案中，DC/DC變換器組串和光伏組串定義不相同，其中，DC/DC變換器組串中每個DC/DC變換器至少連接一個光伏組件，如圖1和圖2中與直流匯流裝置103相連的組串均為DC/DC變換器組串。而，光伏組串還包括圖3中除DC/DC變換器組串以外的組串，如，圖中第一列組串以及第四列組串，其中，光伏組件不一定均需連接DC/DC變換器。即，所述光伏組串中，可以為所述光伏組件相串聯(lián)，還可以為所述光伏組件與所述DC/DC變換器相串聯(lián)形成。

需要進一步說明的是，本實施例提供的光伏組串可以根據(jù)實際的設(shè)計需求進行光伏組件以及DC/DC變換器的連接，集中式逆變器為帶有MPPT功能的逆變器，如果光伏逆變器包括單獨的光伏組件,或DC/DC變換器進入了直通模式，集中式逆變器能夠單獨跟蹤光伏組件陣列的最大輸出功率。

除此，在本方案中，至少一個直流匯流裝置103的輸出端與集中式逆變器104的輸入端相連，其中，集中式逆變器104用于將直流匯流裝置103輸出的直流電轉(zhuǎn)換成交流電，并將該交流電耦合至電網(wǎng)或負載。

可見，本方案中多個DC/DC變換器102的輸出以串聯(lián)的方式耦合在一起形成一個光伏組串，然后多個光伏組串再并聯(lián)起來，后與集中式逆變器104相連。其中，光伏組件耦合與DC/DC變換器，每個DC/DC變換器都可以實現(xiàn)獨立的MPPT，因此，本方案實現(xiàn)了組件級MPPT功能。

具體的，光伏組件101是由多個光伏電池串聯(lián)形成的，發(fā)明人考慮到光伏電池的特殊輸出特性，做了如下實驗進行驗證光伏組件的輸出功率會呈現(xiàn)特殊的峰值曲線。

請結(jié)合圖4，圖4為光伏組件在不同的光照強度下的輸出功率曲線，其中，光伏組件的輸出功率的峰值點從上到下，依次對應(yīng)光照強度的輻照度為1000W/m2、900W/m2、800W/m2、700W/m2以及600W/m2。即從實驗數(shù)據(jù)中不難得出，隨著光照強度的降低，光伏組件的輸出功率的峰值逐漸降低，并且，每條輸出功率曲線的峰值點對應(yīng)的當(dāng)前光伏組件的電壓也稍有不同。

除此，發(fā)明人還對不同溫度下的光伏組件的輸出功率進行了實驗，請參見圖5，其中，從右到左依次是0℃，10℃，20℃，30℃和40℃的情況下得到的光伏組件的輸出功率曲線。從圖中可以得出：隨著溫度的升高，輸出功率的峰值點對應(yīng)的光伏組件的電壓逐漸降低，且，不同溫度下的光伏組件的輸出功率的峰值點也略有降低。

需要說明的是，圖4和圖5所示的光伏組件的輸出功率曲線是針對一個光伏組件的情況，當(dāng)光伏逆變系統(tǒng)包括多路光伏組件時，當(dāng)某一光伏組件發(fā)生遮擋或老化等現(xiàn)象時，由光伏組件形成的光伏組串的輸出功率的曲線峰值發(fā)生變化，如圖6和圖7所示。其中，圖6為兩個光伏組件串聯(lián)組成的組串，其中一個光伏組件遮擋的情況下的光伏組串的輸出功率曲線，從圖中不難看出，該輸出功率曲線呈現(xiàn)兩個峰值。圖7為兩個光伏組件并聯(lián)組成的組串，其中一個光伏組件遮擋的情況下的光伏組串的輸出功率曲線，從圖中不難看出，該輸出功率曲線也會出現(xiàn)局部的突變。

因此，一個由任意多個光伏組件串并聯(lián)組成的光伏組串的輸出功率曲線具有多個峰值。然而目前對多個峰值的采集需要相對復(fù)雜的算法進行計算，使得整個光伏逆變系統(tǒng)的硬件要求較高，成本大。

但發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，即便復(fù)雜的算法能夠?qū)崿F(xiàn)光伏組串的最大功率點跟蹤，在對大規(guī)模的光伏組串進行仿真時，光伏組件的串并聯(lián)組合會造成光伏逆變系統(tǒng)的串聯(lián)功率損失和并聯(lián)功率損失。

如，對于一個包含兩個光伏組串并聯(lián)，每個光伏組串包含21片光伏組件的光伏陣列進行了仿真。即使只對42個光伏組件中的一個光伏組件進行遮擋，也會造成總功率約193.8W的功率損失。然而，結(jié)合圖8和圖9可知，其中只有94.2W左右是遮擋造成的損失，其余100W的損失是由于光伏組件的串并聯(lián)引起的。

即，當(dāng)光伏組件串聯(lián)電流強制相等時，光伏陣列的串聯(lián)損失是因為一個組串內(nèi)的多個組件偏離組件本身的最大功率點。而光伏組串并聯(lián)且電壓強制相等，光伏陣列的并聯(lián)損失是因為每個組串都偏離了組串本身的最大功率點。

然而，光伏組件的遮擋、老化以及天氣因素等等在實際的光伏逆變系統(tǒng)中都是不可避免的，因此，本方案通過在光伏組件101的輸出端設(shè)置DC/DC變換器102，使DC/DC變換器102采樣所述光伏組件的輸入信號或輸出信號，并將所述輸入信號以及所述輸出信號進行環(huán)路處理，使所述輸入信號或所述輸出信號穩(wěn)定在一預(yù)設(shè)值，使得所述光伏組件的輸出功率為最大輸出功率，從根源上避免了光伏組件串并聯(lián)導(dǎo)致的串聯(lián)損失以及并聯(lián)損失。因此，解決了光伏組件因遮擋、老化等原因造成的光伏陣列多峰值現(xiàn)象的問題。

除此，如圖10所示，在上述實施例的基礎(chǔ)上，本實施例提供的光伏逆變系統(tǒng)，還包括：通信裝置105。

其中，所述通信裝置105的一端與互聯(lián)網(wǎng)云端相連，所述通信裝置105的另一端與集中式逆變器104和/或DC/DC變換器102相連。該通信裝置105用于采集光伏組件101的產(chǎn)能信息，并根據(jù)該產(chǎn)能信息進行電能調(diào)度。

優(yōu)選的，所述通信裝置可以為數(shù)據(jù)采集器，其中，所述數(shù)據(jù)采集器連接于所述集中式逆變器與所述互聯(lián)網(wǎng)云端之間。除此，所述通信裝置還可以為網(wǎng)關(guān)，所述網(wǎng)關(guān)采用無線通信技術(shù)與所述DC/DC變換器通信。具體的，所述DC/DC變換器通過PLC通信協(xié)議、RS485通信協(xié)議或ZigBee協(xié)議與所述集中式逆變器通信。

在上述實施例的基礎(chǔ)上，發(fā)明人考慮到非隔離型低增益變換器的輸出電壓和輸入電壓的轉(zhuǎn)化效率高且電路結(jié)構(gòu)簡單，因此，在本實施例中，DC/DC變換器102優(yōu)先選用非隔離型低增益變換器，而所述非隔離型低增益變換器包括非隔離型全橋BUCK/BOOST變換器或非隔離型半橋BUCK變換器。

具體的，非隔離型全橋BUCK/BOOST變換器如圖11所示，該電路的具體連接關(guān)系如下：

T1和T2組成的輸入端子，T3和T4組成的輸出端子，S1和S2組成BUCK半橋橋臂，S3和S4組成BOOST半橋的橋臂，電感L1連接于兩個橋臂的中點，還包括控制器。T1接光伏組件的正輸入端，T2接光伏組件的負輸入端。T1和T2之間接收光伏組件的功率輸入，把光伏組件的輸入功率變換為一定電壓值的T3和T4間的輸出功率。BUCK/BOOST中的控制器可以檢測組件的輸出電壓、輸出電流、環(huán)境溫度等信息，通過收集到的信息實現(xiàn)環(huán)路的控制和最大功率點跟蹤?？梢苑€(wěn)定輸入電壓或輸入電流，使DC/DC變換器持續(xù)跟蹤光伏組件的最大功率點。也可以穩(wěn)定輸出電壓和輸出電流，使DC/DC變換器持續(xù)的跟蹤光伏組件的最大功率點。

非隔離型半橋BUCK變換器如圖12所示，該電路的具體連接關(guān)系如下：

T1和T2組成的輸入端子，T3和T4組成的輸出端子，S1和D2組成BUCK半橋橋臂，電感L1連接于橋臂中點與輸出正端T3，還包括控制器。T1接光伏組件的正輸入端，T2接光伏組件的負輸入端。T1和T2之間接收光伏組件的功率輸入，把光伏組件的輸入功率變換為一定電壓值的T3和T4間的輸出功率。BUCK中的控制器可以檢測組件的輸出電壓、輸出電流、環(huán)境溫度等信息，通過收集到的信息實現(xiàn)環(huán)路的控制和最大功率點跟蹤?？梢苑€(wěn)定輸入電壓或輸入電流，使DC/DC變換器持續(xù)跟蹤光伏組件的最大功率點。也可以穩(wěn)定輸出電壓和輸出電流，使DC/DC變換器持續(xù)的跟蹤光伏組件的最大功率點。

除此，本實施例提供的光伏逆變系統(tǒng)，還可以包括：保護器件。該保護器件串接在所述DC/DC變換器與所述集中式逆變器之間，用于防止所述光伏組件之間能量倒流，所述保護器件包括二極管、MOS管、受控機械開關(guān)以及保險絲。優(yōu)選的，所述直流匯流裝置包括：匯流箱和/或匯流母排。除此，為了滿足大功率發(fā)電的要求，本實施例提供的集中式逆變器可以選用容量大于100kw的逆變器。

基于上述實施例提供的光伏逆變系統(tǒng)，本實施例還提供了一種光伏逆變方法，包括步驟：

所述DC/DC變換器采樣所述光伏組件的輸入信號或輸出信號，并將所述輸入信號以及所述輸出信號進行環(huán)路處理，使所述輸入信號或所述輸出信號穩(wěn)定在一預(yù)設(shè)值。

其工作原理請參見上述光伏逆變系統(tǒng)的工作原理，在此不重復(fù)敘述。

綜上所述，本方案提供的光伏逆變系統(tǒng)通過DC/DC變換器采樣所述光伏組件的輸入信號或輸出信號，并將所述輸入信號以及所述輸出信號進行環(huán)路處理，使所述輸入信號或所述輸出信號穩(wěn)定在一預(yù)設(shè)值，使得所述光伏組件的輸出功率為最大輸出功率，因此，解決了光伏組件因遮擋、老化等原因造成的光伏陣列的串并聯(lián)失配問題。并且，本光伏逆變系統(tǒng)可以只包括一個集中式逆變器，相比于現(xiàn)有技術(shù)中的光伏逆變系統(tǒng)，成本降低。

本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其它實施例的不同之處，各個實施例之間相同或相似部分互相參見即可。

對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。