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] 本發(fā)明設(shè)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] 目前光伏電站在國家的政策激勵下飛速發(fā)展。光照充足的一、二類地區(qū)光伏資源 基本分布在西藏、新疆、青海、內(nèi)蒙等邊遠或無人地區(qū)，大型光伏電站多建在該些地區(qū)。然而 該些地區(qū)人煙稀少、交通不便、物資嚴重缺乏、建設(shè)成本高、生存條件差，工業(yè)基礎(chǔ)差，又處 于電網(wǎng)的末端或遠離電網(wǎng)，光伏發(fā)電無法就地消納。外送光伏電能遠離電網(wǎng)，使得該些地區(qū) 光伏電站的建設(shè)、運維成本及傳輸損耗大大增加，良好資源無法很好的利用。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距離 遠不能利用。即便已建設(shè)光伏電站，也是選擇相對電網(wǎng)較近的地方。無論是光伏電站的匯 流箱與逆變器，還是逆變器與并網(wǎng)點的距離都非常遠，也需要長距離輸電，交流升壓長線傳 輸，分布電感、電容、電纜內(nèi)阻都會造成電量的損失，因此損耗是面臨的主要的問題。目前國 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n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)n臺匯流箱，再將n臺匯流箱分成n個單元，如8臺匯流箱為一個單 元，將一個單元的匯流箱輸出在開關(guān)柜內(nèi)并聯(lián)輸出，再將n個單元開關(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)，n為> 1的整數(shù)。存在W下不足：
[0003] >電站遠離并網(wǎng)點，無論是匯流箱與逆變器還是與并網(wǎng)點的距離相對都較遠，傳 輸損耗大；
[0004] >集中式大功率逆變器采用光伏組串并聯(lián)，對每串光伏組串無法獨立進行MPPT 最大功率點跟蹤；匯流箱同樣也無法對光伏組串/陣列實現(xiàn)功率優(yōu)化，造成發(fā)電功率損失； [000引 >光伏組串匯流輸出電壓采用低電流大電纜，傳輸損耗大，W10麗電站為例，輸 出到逆變器輸入端直流電壓500V則電流為20000A;
[0006] >由于逆變器功率不變，不能滿足光伏方陣低功率輸出時的功率匹配，功率大量 損失，而且失配時逆變器輸出的諧波增加；
[0007] >所應用設(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法檢測組串、電纜、接線端子的拉電弧、虛接等故障問 題，造成發(fā)電量損失及火災引起的財產(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，目前國內(nèi)外在不 同技術(shù)方向進行研究，如光伏組件級、光伏組串級、光伏方陣級的功率優(yōu)化，然而應用并不 理想，主要表現(xiàn)在：組件功率優(yōu)化器安裝在組件上，大型電站應用成本高；組串型逆變器的 應用有限，在大型電站推廣成本高；
[0011] 再如，模塊化逆變器雖可適應全程光伏方陣輸出功率匹配，但由于無法實現(xiàn)光伏 組串獨立功率優(yōu)化，應用較少；
[0012] 又如，具有光伏組串功率優(yōu)化、火災監(jiān)控預警的智能匯流箱，和目前無光伏組串功 率優(yōu)化、火災監(jiān)控預警的匯流箱比較，由于輸出電流大、應用意識及成本高，應用受阻。
[0013] 串聯(lián)式光伏方陣具有輸出電壓高、電流小、獨立的光伏組串功率優(yōu)化、成本低等智 能檢測功能，是非常理想的光伏電站模式，但目前應用較少，其原因之一是在串聯(lián)式光伏方 陣中每個光伏組串高壓隔離功率調(diào)節(jié)模塊輸出功率<15KW，應數(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，并由功率開關(guān)Q1、功率開關(guān)Q2、儲能電 感L1、儲能電容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)整改變該模塊的光伏組串MPPT最大功率跟蹤電壓值，由此調(diào)整會 造成光伏組串MPPT最大功率跟蹤點偏離。由此也帶來某個的光伏組串MPPT最大跟蹤點偏 離損失，但對串聯(lián)式光伏方陣系統(tǒng)來講，可獲得最大的功率輸出。
[0014] 圖5所示是由n臺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W每個模塊輸出功率<15KW。如在容量10MW光伏電站應用，所需要的光伏 組串高壓隔離功率調(diào)節(jié)模塊數(shù)量為：
[00巧]10000KW/15KW= 667塊，應用數(shù)量多，成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有集中式大型光伏電站中各環(huán)節(jié)功率損耗問題，如每個光 伏組串無法實現(xiàn)獨立MPPT最大功率點跟蹤，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，遠離并網(wǎng)點建電站成本高等缺點，W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，應用光伏組串高壓隔離功率調(diào)節(jié)模塊數(shù) 量多等問題，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。本發(fā)明可提高串聯(lián)式光 方陣系統(tǒng)輸出功率。
[0017] 本發(fā)明所設(shè)及的高壓是指光伏組串輸出電壓的最大值1000V。
[0018] 本發(fā)明采用W下技術(shù)方案：
[0019] 本發(fā)明由H橋功率驅(qū)動電路、n個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，n為〉2的整數(shù)。
[0020] 每個光伏組串的輸出端與一個最大功率跟蹤模塊最大功率跟蹤模塊的輸入端連 接，n個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H橋功率驅(qū)動電路 的功率輸入端，避雷器和電壓檢測電路輸入端并聯(lián)；H橋功率驅(qū)動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n個最大功率跟蹤模塊最大功率跟蹤模塊、H橋 功率驅(qū)動電路連接。
[0021] 所述的H電橋率驅(qū)動電路由4只功率開關(guān)管和4只續(xù)流二極管組成，每只功率開 關(guān)管有一個控制輸入端、一個功率輸入端和一個功率輸出端。每只功率開關(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只功率開關(guān)管串聯(lián)，組成2組H橋臂電路；每組H橋 臂電路中，一只功率開關(guān)管功率輸入端與另一只功率開關(guān)管的輸出端串聯(lián)，連接點為H橋 臂電路的功率輸出端；2組H橋臂電路的兩端分別為H橋臂電路的正端和負端；2組H橋臂 電路并聯(lián)組成H橋功率驅(qū)動電路，并聯(lián)后，所述的H橋臂電路的正端和負端也是H橋功率驅(qū) 動電路的正端和負端，2組H橋臂電路的功率輸出端也為H橋率驅(qū)動電路的2個功率輸出 端，4只功率開關(guān)管的控制輸入端也是H橋功率驅(qū)動電路的4個控制輸入端。
[0022] 所述的最大功率跟蹤模塊由儲能電感、儲能電容、功率開關(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輸入端連接，最大功率跟 蹤模塊的正輸入端與儲能電