CN204119150U

CN204119150U - 一种高效率低成本的光伏发电系统

Info

Publication number: CN204119150U
Application number: CN201420427206.8U
Authority: CN
Inventors: 温志伟; 黄雅婷; 郜佳辉
Original assignee: Shenzhen Kstar Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Kstar New Energy Co Ltd
Priority date: 2014-07-30
Filing date: 2014-07-30
Publication date: 2015-01-21
Anticipated expiration: 2024-07-30

Abstract

本实用新型提供一种高效率低成本的光伏发电系统，包括：MPPT变换器、逆变器、变压器和至少两个相互并联的组串；一个或多个组串连接至一个对应的MPPT变换器，所述组串连接至MPPT变换器的输入端，所述MPPT变换器的输出端连接至逆变器的输入端，所述逆变器的输出端与变压器相连接。本实用新型可以抬高光伏发电系统的直流母线电压，则逆变器的功率密度可提高一倍，即成本最多可以降低一半；此外，由于本实用新型将现有技术的两个逆变器合二为一，省去了两条母线、三条逆变器至变压器的线缆，兆瓦房体积更小，可以采用更便宜的双绕组变压器，能够显著降低光伏发电系统的电气设备造价，而且能够将整个系统的发电量提升3~5%。

Description

一种高效率低成本的光伏发电系统

技术领域

本实用新型涉及一种光伏发电系统，尤其涉及一种高效率低成本的光伏发电系统。

背景技术

太阳能的光伏发电系统已经取得大规模应用，而大型的光伏电站通常采用集中式的光伏发电系统，该光伏发电系统通常是由两个500kW逆变器并联，然后接一个1MW的双分裂变压器入网；与逆变器相连的组串电池板都并在一起，然后经过汇流箱和配电柜，最后接入逆变器。

这种现有的光伏发电系统存在以下缺点：一方面所有组串都并在一起，工作同一个电压下，因此系统不能使每个组串都工作在最大功率点，从而造成降低了组串的发电量；另一方面由于光伏发电系统直流侧的开口电压小于1000V，最大功率点电压工作被限制在450~650V，因此逆变器输出电压限制在315Vac，500kW逆变器最大输入电流为1100A，如果进一步增大逆变器输出功率，则逆变器输入电流进一步增大，势必采用更大电流容量的半导体功率器件和开关器件，系统造价急剧上升。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是需要提供一种低成本和高效率的光伏发电系统。

对此，本实用新型提供一种高效率低成本的光伏发电系统，包括：MPPT变换器、逆变器、变压器和至少两个相互并联的组串；一个或多个组串连接至一个对应的MPPT变换器，所述组串连接至MPPT变换器的输入端，所述MPPT变换器的输出端连接至逆变器的输入端，所述逆变器的输出端与变压器相连接。

本实用新型所述的MPPT变换器通过MPPT电路来实现，每一个组串首先接入至MPPT变换器，MPPT变换器的输出并联在一起后再接入至逆变器；所述MPPT变换器一方面负责通过硬件电路寻找每一个组串的最大功率点，另一方面输出稳定的高压，提高母线电压。比如将母线电压提升至900Vdc，则逆变输出电压可以达到630Vac，则在相同的输入电流1100A下，逆变器输出的功率可达1000kW；而逆变器的功率器件都是按照1000V的规格设计，逆变器输入900V时，由于最大输入电流仍为1100A，输出最大电流也没有变化，因此，本实用新型的大部分功率器件可以不做任何更改，功率密度可提高一倍，即成本最多可以降低一半。

此外，由于本实用新型将现有技术的两个逆变器合二为一，省去了两条母线、三条逆变器至变压器的线缆，兆瓦房体积更小，且可以采用更便宜的双绕组变压器；而引入的MPPT变换器的内部电路，采用高频化手段，效率可达99%，其总成本仅为单个逆变器成本的三分之一，因此，本实用新型能够显著降低光伏发电系统的电气设备造价，而且能够将整个系统的发电量提升3~5%。

本实用新型的进一步改进在于，所述MPPT变换器的一个输入端连接至组串的正极，所述MPPT变换器的另一个输入端连接至组串的负极。

本实用新型的进一步改进在于，所述MPPT变换器与每一个组串一一对应连接，至少两个MPPT变换器之间相互并联。

本实用新型的进一步改进在于，所述MPPT变换器的一个输出端相互并联后连接至母线正极，所述MPPT变换器的另一个输出端相互并联后连接至母线负极。

本实用新型的进一步改进在于，所述变压器为双绕组变压器。

本实用新型的进一步改进在于，所述MPPT变换器包括控制器和升压电路，所述控制器为相关闭环控制器。

本实用新型的进一步改进在于，所述升压电路包括电容Cin、电容C0、二极管D和开关管Q；所述电容Cin与输入端正负极连接；所述电感L一端与电容Cin连接，另一端和二极管D的阳极连接；所述二极管D的阳极分别与开关管Q和电感L连接，所述二极管D的阴极与输出端正极连接；所述开关管Q一端与二极管D的阳极连接，另一端与电路负极连接；所述电容C0与输出端正负极连接。

本实用新型的进一步改进在于，所述控制器分别与升压电路的输入端和输出端相连接，所述控制器与IGBT 场效应管的G级相连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：光伏发电系统的大部分功率器件可以不做任何更改，但功率密度可提高一倍，即成本最多可以降低一半；此外，由于本实用新型将现有技术的两个逆变器合二为一，省去了两条母线、三条逆变器至变压器的线缆，兆瓦房体积更小，可以采用更便宜的双绕组变压器；而引入的MPPT变换器的内部电路，采用高频化手段，效率可达99%，其总成本仅为单个逆变器成本的三分之一，因此，本实用新型能够显著降低光伏发电系统的电气设备造价，而且能够将整个系统的发电量提升3~5%。

附图说明

图1是本实用新型一种实施例的结构示意图；

图2是本实用新型的组串的功率和工作电压的关系示意图；

图3是现有技术的结构示意图；

图4是本实用新型另一种实施例的MPPT变换器的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的较优的实施例作进一步的详细说明。

实施例1：

如图1所示，本例提供一种高效率低成本的光伏发电系统，包括：MPPT变换器、逆变器、变压器和至少两个相互并联的组串；一个或多个组串连接至一个对应的MPPT变换器，所述组串连接至MPPT变换器的输入端，所述MPPT变换器的输出端连接至逆变器的输入端，所述逆变器的输出端与变压器相连接。

现有技术中，由于组串的特性差异、污染程度和老化程度不一致，每个组串的最大功率点均有可能存在差异。如图2所示，第一组串的最大功率点所对应的电压在，第二组串的最大功率点所对应的电压在，第三组串的最大功率点所对应的电压在；当所有的组串都并联在一起时，每个组串的工作电压都一致，如系统母线电压工作在时，则第二组串达到了最大功率点，而第一组串和第三组串均没有达到最大功率点，这样就会导致整个光伏发电系统的发电量降低。

本例所述的MPPT变换器通过MPPT电路来实现，每一个组串首先接入至MPPT变换器，MPPT变换器的输出并联在一起后再接入至逆变器；所述MPPT变换器一方面负责通过硬件电路寻找每一个组串的最大功率点，使得每一个组串均工作在最大功率点之下；另一方面输出稳定的高压，提高母线电压。比如将母线电压提升至900Vdc，则逆变输出电压可以达到630Vac，则在相同的输入电流1100A下，逆变器输出的功率可达1000kW；而逆变器的功率器件都是按照1000V的规格设计，逆变器输入900V时，由于最大输入电流仍为1100A，输出最大电流也没有变化，因此，本例的大部分功率器件可以不做任何更改，功率密度可提高一倍，即成本最多可以降低一半。

现有技术中，如图3所示，光伏发电系统通常是由两个500kW逆变器并联，然后接一个1MW的双分裂变压器入网；与逆变器相连的组串电池板都并在一起，然后经过汇流箱和配电柜，最后接入逆变器。这种现有的光伏发电系统存在以下缺点：一方面所有组串都并在一起，工作同一个电压下，因此系统不能使每个组串都工作在最大功率点，从而造成降低了组串的发电量；另一方面由于光伏发电系统直流侧的开口电压小于1000V，最大功率点电压工作被限制在450~650V，因此逆变器输出电压限制在315Vac，500kW逆变器最大输入电流为1100A，如果进一步增大逆变器输出功率，则逆变器输入电流进一步增大，势必采用更大电流容量的半导体功率器件和开关器件，系统造价急剧上升。

本例将现有技术的两个逆变器合二为一，省去了两条母线、三条逆变器至变压器的线缆，兆瓦房体积更小，且可以采用更便宜的双绕组变压器；而引入的MPPT变换器的内部电路，采用高频化手段，效率可达99%，其总成本仅为单个逆变器成本的三分之一，因此，本例能够显著降低光伏发电系统的电气设备造价，而且能够将整个系统的发电量提升3~5%。

如图1所示，本例所述MPPT变换器的一个输入端连接至组串的正极，所述MPPT变换器的另一个输入端连接至组串的负极；所述MPPT变换器的一个输出端相互并联后连接至母线正极，所述MPPT变换器的另一个输出端相互并联后连接至母线负极；母线电压接到逆变器，逆变器输出接到变压器。

本例所述变压器可以采用为双绕组变压器。

本例的专业术语解释如下：MPPT为最大功率点跟踪；大型光伏电站中，通常以1MW为单元，独立并网，兆瓦房即为1MW光伏系统中安装逆变器、配电柜、通讯柜、监控器的土建房或集装箱，其输出功率为1MW；双分裂变压器：原边为两个独立绕组，副边为一个绕组的变压器；双绕组变压器：原副边都只有一个绕组的变压器。

实施例2：

在实施例1的基础上，如图4所示，本例所述MPPT变换器包括控制器和升压电路，所述控制器为相关闭环控制器。所述相关闭环控制器优选为相位相关闭环控制器。

本例所述升压电路包括电容Cin、电容C0、二极管D和开关管Q；所述电容Cin与输入端正负极连接；所述电感L一端与电容Cin连接，另一端和二极管D的阳极连接；所述二极管D的阳极分别与开关管Q和电感L连接，所述二极管D的阴极与输出端正极连接；所述开关管Q一端与二极管D的阳极连接，另一端与电路负极连接；所述电容C0与输出端正负极连接。

本例所述控制器分别与升压电路的输入端和输出端相连接，所述控制器与IGBT 场效应管的G级相连接。所述控制器发送驱动信号至IGBT 场效应管的G级，所述控制器连接至升压电路的输入端以采集输入电压，所述控制器连接至升压电路的输出端以采集输出电压和输出电流。

以上所述之具体实施方式为本实用新型的较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的具体实施范围，本实用新型的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本实用新型之形状、结构所作的等效变化均在本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种高效率低成本的光伏发电系统，其特征在于，包括：MPPT变换器、逆变器、变压器和至少两个相互并联的组串；一个或多个组串连接至一个对应的MPPT变换器，所述组串连接至MPPT变换器的输入端，所述MPPT变换器的输出端连接至逆变器的输入端，所述逆变器的输出端与变压器相连接。

2.根据权利要求1所述的高效率低成本的光伏发电系统，其特征在于，所述MPPT变换器的一个输入端连接至组串的正极，所述MPPT变换器的另一个输入端连接至组串的负极。

3.根据权利要求1所述的高效率低成本的光伏发电系统，其特征在于，所述MPPT变换器与每一个组串一一对应连接，至少两个MPPT变换器之间相互并联。

4.根据权利要求3所述的高效率低成本的光伏发电系统，其特征在于，所述MPPT变换器的一个输出端相互并联后连接至母线正极，所述MPPT变换器的另一个输出端相互并联后连接至母线负极。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的高效率低成本的光伏发电系统，其特征在于，所述变压器为双绕组变压器。

6.根据权利要求1至4任意一项所述的高效率低成本的光伏发电系统，其特征在于，所述MPPT变换器包括控制器和升压电路，所述控制器为相关闭环控制器。

7.根据权利要求6所述的高效率低成本的光伏发电系统，其特征在于，所述升压电路包括电容Cin、电容C0、二极管D、电感L和开关管Q；所述电容Cin与输入端正负极连接；所述电感L一端与电容Cin连接，另一端和二极管D的阳极连接；所述二极管D的阳极分别与开关管Q和电感L连接，所述二极管D的阴极与输出端正极连接；所述开关管Q一端与二极管D的阳极连接，另一端与电路负极连接；所述电容C0与输出端正负极连接。

8.根据权利要求7所述的高效率低成本的光伏发电系统，其特征在于，所述控制器分别与升压电路的输入端和输出端相连接，所述控制器与IGBT 场效应管的G级相连接。