一種基于直流光伏模塊的光伏發(fā)電系統(tǒng)拓撲結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光伏發(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)拓撲結構，屬于光伏發(fā)電技術領域。
【背景技術】
[0002]目前常用的光伏發(fā)電系統(tǒng)拓撲結構有集中式、串聯(lián)式、多支路式。其中，集中式結構按照設計的電壓等級和容量，把大量光伏組件通過串聯(lián)和并聯(lián)的方式連接至匯流箱，然后經過一個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)式和多支路式結構將多個光伏組件串聯(lián)形成光伏組件串，每個組件串通過DC/DC變換器升壓后，再逆變輸出交流電能。這三種拓撲結構的共同缺點是:系統(tǒng)中存在光伏組件的串聯(lián)或并聯(lián)，系統(tǒng)的最大功率點跟蹤是針對整個串并聯(lián)光伏陣列或組件串，無法保證每個組件均運行在最大功率點，抗陰影能力差，甚至可能形成熱斑，導致組件損壞，系統(tǒng)可靠性低，大大降低了系統(tǒng)的能量變換效率，同時也難以獲得每個組件的狀態(tài)信息。
[0003]針對上述缺點，有文獻指出采用交流模塊式結構。所謂交流模塊式結構是每個光伏組件配備一臺微型逆變器(MI)，組成一個交流模塊，然后并聯(lián)到交流母線上。這種結構雖然可以克服其它結構抗熱斑和陰影能力差、功率失配、難以有效實現(xiàn)最大功率點跟蹤(MPPT)的問題，但由于每個交流模塊逆變后并聯(lián)到交流母線上，因而每個交流模塊均需要考慮并網控制問題，存在并網控制復雜、成本高、可靠性低等不足。
[0004]針對上述不足，已有文獻指出采用直流模塊式結構。CN102158094B公開了一種光伏發(fā)電DC/DC變換器及其控制方法，該方法是將若干個DC/AC逆變器分別連接一個高頻變壓器，所有高頻變壓器的二次側的一端連在一起，另一端分別連接一個單相二極管實現(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)結構復雜、控制難、施工難、成本高等問題，也沒涉及到各個變換器的通信問題。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的主要目的在于:針對上述現(xiàn)有技術存在的缺點和不足，提供結構簡單、控制更加靈活簡便、易于施工、成本經濟的一種基于直流光伏模塊的光伏發(fā)電系統(tǒng)拓撲結構，從而便于推廣應用。
[0006]本發(fā)明解決該技術問題所采用的技術方案是:一種基于直流光伏模塊的光伏發(fā)電系統(tǒng)拓撲結構，包括直流光伏模塊、GPRS模塊、直流母線、逆變器、儲能裝置變換器、儲能裝置、交流母線、智能雙向電表、交流負載。所述直流光伏模塊與所述直流母線相連；所述儲能裝置變換器一端與所述直流母線相連，另一端與所述儲能裝置相連；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，實現(xiàn)直流升壓、最大功率點跟蹤(MPPT)和通信功能，徹底解決陰影等形成的熱斑效應，大大提高發(fā)電效率。
[0008]進一步地，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個所述直流光伏模塊(其中η ( 255)和一個所述GPRS模塊，每個所述直流光伏模塊均通過其通信模塊與本組的所述GPRS模塊相連；所述GPRS模塊與上位機實現(xiàn)無線通信，采集并上傳直流光伏模塊的狀態(tài)信息，實現(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。
[0010]所述儲能裝置變換器為雙向變換器，實現(xiàn)儲能裝置的充放電管理和直流母線穩(wěn)壓功能，并通過RS485總線與上位機實現(xiàn)通信。
[0011]所述逆變器實現(xiàn)直流母線穩(wěn)壓以及光伏發(fā)電系統(tǒng)的離網運行與并網運行狀態(tài)之間切換功能，并通過RS485總線與上位機實現(xiàn)通信。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:I)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，然后通過逆變器直接將直流電能變換為交流電能，無需匯流箱；2)采用無線及有線通信方式采集每個直流光伏模塊的狀態(tài)信息，以實現(xiàn)各個直流光伏模塊狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷，方便系統(tǒng)維護；3)具有系統(tǒng)可靠性高、控制更加靈活簡便、抗局部陰影和組件電氣參數(shù)失配能力強、能量轉化效率高、適用范圍廣等優(yōu)勢，可徹底解決陰影等形成的熱斑效應，大大提高整個光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率，實現(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)結構簡單、易于施工、成本經濟，便于推廣應用，尤其適合于分布式光伏電站。
【附圖說明】
[0013]附圖為本發(fā)明拓撲結構的示意圖。
[0014]其中，1-直流光伏模塊；2_GPRS模塊；3_直流母線；4_逆變器；5_儲能裝置變換器；6_儲能裝置；7_交流母線；8_智能雙向電表；9_交流負載；10_交流電網。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖，對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0016]如附圖所不，本發(fā)明一種基于直流光伏模塊的光伏發(fā)電系統(tǒng)拓撲結構，包括直流光伏模塊1、GPRS模塊2、直流母線3、逆變器4、儲能裝置變換器5、儲能裝置6、交流母線7、智能雙向電表8、交流負載9。直流光伏模塊I與直流母線3相連；儲能裝置變換器5 —端與直流母線3相連，另一端與儲能裝置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10連接，實現(xiàn)電能的雙向計量。光伏發(fā)電系統(tǒng)首先確保給交流負載9供電，如果光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量高于交流負載9的用電量，則多余的電能可饋給電網10 ;如果發(fā)電量低于交流負載9的用電量，則由電網10補充，給交流負載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，實現(xiàn)直流升壓、最大功率點跟蹤(MPPT)和通信功能，徹底解決陰影等形成的熱斑效應，大大提高系統(tǒng)發(fā)電效率。
[0018]進一步地，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個直流光伏模塊I(其中η ( 255)和一個GPRS模塊2，每個直流光伏模塊I均通過其通信模塊與本組的GPRS模塊2相連；所述GPRS模塊2與上位機實現(xiàn)無線通信，采集并上傳直流光伏模塊I的狀態(tài)信息，實現(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。
[0020]儲能裝置變換器5為雙向變換器，實現(xiàn)儲能裝置6的充放電管理和直流母線3穩(wěn)壓功能，并通過RS485總線與上位機實現(xiàn)通信。
[0021]逆變器4實現(xiàn)直流母線3穩(wěn)壓以及光伏發(fā)電系統(tǒng)的離網運行與并網運行狀態(tài)之間切換功能，并通過RS485總線與上位機實現(xiàn)通信。
[0022]除上述實施例外，本發(fā)明還可以有其它實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發(fā)明要求的保護范圍。
【主權項】
1.一種基于直流光伏模塊的光伏發(fā)電系統(tǒng)拓撲結構，包括直流光伏模塊、GPRS模塊、直流母線、逆變器、儲能裝置變換器、儲能裝置、交流母線、智能雙向電表、交流負載，其特征在于:所述直流光伏模塊與所述直流母線相連；所述儲能裝置變換器一端與所述直流母線相連，另一端與所述儲能裝置相連；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，另一端與電網連接。
2.根據(jù)權利要求1所述一種基于直流光伏模塊的光伏發(fā)電系統(tǒng)拓撲結構，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，實現(xiàn)直流升壓、最大功率點跟蹤(MPPT)和通信功能，徹底解決陰影等形成的熱斑效應，大大提高發(fā)電效率。
3.根據(jù)權利要求1所述一種基于直流光伏模塊的光伏發(fā)電系統(tǒng)拓撲結構，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)拓撲結構，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η個所述直流光伏模塊(其中n ^ 255)和一個所述GPRS模塊，每個所述直流光伏模塊均通過其通信模塊與本組的所述GPRS模塊相連；所述GPRS模塊與上位機實現(xiàn)無線通信，采集并上傳直流光伏模塊的狀態(tài)信息，實現(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。
5.根據(jù)權利要求1所述一種基于直流光伏模塊的光伏發(fā)電系統(tǒng)拓撲結構，其特征在于:所述儲能裝置變換器為雙向變換器，實現(xiàn)儲能裝置的充放電管理和直流母線穩(wěn)壓功能，并通過RS485總線與上位機實現(xiàn)通信。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于直流光伏模塊的光伏發(fā)電系統(tǒng)拓撲結構，屬于光伏發(fā)電技術領域。該拓撲結構包括直流光伏模塊、GPRS模塊、直流母線、逆變器、儲能裝置、儲能裝置變換器、交流母線、雙向電表、交流負載。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GPRS模塊與上位機實現(xiàn)無線通信；所述儲能裝置變換器一端與所述直流母線相連，另一端與所述儲能裝置相連；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；所述雙向電表一端與所述交流母線相連，另一端與電網連接。本發(fā)明可徹底解決陰影等形成的熱斑效應，實現(xiàn)了任何光照條件下光伏系統(tǒng)發(fā)電效率最大化，結構簡單易于施工，尤其適合分布式光伏電站。
【IPC分類】H02S40-32, H02S40-38
【公開號】CN104682859
【申請?zhí)枴緾N201510071636
【發(fā)明人】蔡彬, 武玉強, 褚曉廣, 曹佃國, 鄭曉明, 劉培臣
【申請人】曲阜師范大學, 褚曉廣
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年2月12日