太阳城集团

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基于太阳能优化器的太阳能发电功率控制装置及方法.pdf

摘要
申请专利号:

太阳城集团CN201510667432.2

申请日:

2015.10.16

公开号:

太阳城集团CN105242741A

公开日:

2016.01.13

当前法律状态:

实审

有效性:

审中

法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):G05F 1/67申请日:20151016|||公开
IPC分类号: G05F1/67 主分类号: G05F1/67
申请人: 王水平
发明人: 王水平
地址: 710075陕西省西安市锦业路69号创新公寓
优先权:
专利代理机构: 西安吉盛专利代理有限责任公司61108 代理人: 张培勋
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法律状态
申请(专利)号:

太阳城集团CN201510667432.2

授权太阳城集团号:

|||

法律状态太阳城集团日:

2018.09.04|||2016.01.13

法律状态类型:

太阳城集团实质审查的生效|||公开

摘要

本发明涉及基于太阳能优化器的太阳能发电功率控制装置及方法。该装置至少包括:光伏组件和太阳能优化电路,光伏组件的输出端与太阳能优化电路输入端电连接构成一组太阳能发电优化单元;多组太阳能发电优化单元进行串并联连接,多组串联连接的太阳能发电优化单元输出进行并联后与DC/AC逆变器输入端电连接,DC/AC逆变器输出端与交流并网单元电连接,将多组太阳能发电优化单元进行串并联后的输出电能供给交流并网单元。本发明以便解决由于各种因素使太阳能系统内部出现失衡时,最大限度的提高光伏系统的发电效率。

权利要求书

权利要求书
1.  基于太阳能优化器的太阳能发电功率控制装置,其特征是:至少包括:光伏组件和太阳能优化电路,光伏组件的输出端与太阳能优化电路输入端电连接构成一组太阳能发电优化单元;多组太阳能发电优化单元进行串并联连接,多组串联连接的太阳能发电优化单元输出进行并联后与DC/AC逆变器输入端电连接,DC/AC逆变器输出端与交流并网单元电连接,将多组太阳能发电优化单元进行串并联后的输出电能供给交流并网单元。

2.  根据权利要求1所述的基于太阳能优化器的太阳能发电功率控制装置,其特征是:所述的太阳能优化电路包括:双向DC-DC变换器、电压和电流检测传感单元和优化处理电路,光伏组件输出端与双向DC-DC变换器的输入端电连接,电压和电流检测传感单元电连接在光伏组件输出端;电压和电流检测传感单元输出端与优化处理电路电接口连接,向优化处理电路提供光伏组件的电压和电流输出信号;优化处理电路通过对光伏组件的电压和电流信号的处理;不断调整双向DC-DC变换器的工作模式或占空比,使太阳能发电优化单元输出的电压或电流得到控制。

3.  根据权利要求2所述的基于太阳能优化器的太阳能发电功率控制装置,其特征是:所述的双向DC-DC变换器包括:T1开关管和T2开关管,T1开关管和T2开关管的发射极和集电极并接有二极管;二极管的正极与发射极电连接,二极管的负极与集电极电连接;在T1开关管的集电极与T2开关管的发射极电连接,在T1开关管的集电极与T2开关管的发射极电连接点电连接电感L,电感L的另一端接光伏组件的输出端,光伏组件的输出端与地电压之间接C1电容,T2开关管的集电极接太阳能优化器的输出端,太阳能优化器的输出端与地电压之间接C2电容;T1开关管和T2开关管的基极分别与优化处理电路的控制端电连接;在升压运行时,开关管T2导通,T1截止,变换器工作在Boost状态,当开关管T1导通,T2截止时,变换器工作在Buck状态。

4.  根据权利要求3所述的基于太阳能优化器的太阳能发电功率控制装置,其特征是:所述的T1开关管和T2开关管基极端与优化处理电路控制端通过光电耦合器光电连接,实现T1开关管和T2开关管不同控制电压的转换。

5.  根据权利要求2所述的基于太阳能优化器的太阳能发电功率控制装置,其特征是:所述的电压和电流检测传感单元包括:电压检测电路和电流检测电路;电压检测电路是在光伏组件正负电极输出端,串接有3个电阻R1、R2和R0,在电阻R0和电阻R1的电连接端有一电压输出端,电压输出端与运算放大器构成的跟随器输入端电连接,跟随器输出端与优化处理电路A/D输入端电连接;计算电阻R0的电压可以获取光伏组件的输出电压;电流检测电路在光伏组件正极输出回路上,串接有电阻Ri,电阻Ri两端与测量放大器的两输入端电连接,测量放大器的输出端与优化处理电路的另一个A/D输入端电连接;检通过检测电阻Ri的电压,在通过欧姆定律可以获取光伏组件的输出电流。

6.  基于太阳能优化器的太阳能发电功率控制方法,其特征是:
(1)光伏组件遮阴或电气参数不一致,导致光伏组件输出功率变小,当光伏组件的输出电流小于光伏组件所在支路串的输出电流时,太阳能优化电路将光伏组件工作在降压扩流模式;
(2)如果支路串中光伏组件由于遮阴而使得系统的输出功率变小,此时该支路串中未被遮阴的光伏组件输出电流将大于光伏组件串的输出电流,太阳能优化电路将光伏组件工作在升压模式;
(3)如果光伏组件均工作在最大功率点上,且光伏组件输出电流近似等于光伏组件支路串的输出电流时,太阳能优化电路将光伏组件工作在直通状态;
(4)太阳能优化电路内部或并联有旁路二极管,当光伏组件异常时,太阳能优化电路将光伏组件支路串通过旁路二极管直接旁路电流,使整个光伏发电系统正常工作。

说明书

说明书基于太阳能优化器的太阳能发电功率控制装置及方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能发电技术,特别是基于太阳能优化器的太阳能发电功率控制装置及方法。
背景技术
随着能源的短缺和环境的污染,太阳能作为一种无公害、无污染的绿色能源越来越多的被人们所重视,太阳能光伏发电的应用也越来越广。随着可再生能源的发展,太阳能光伏发电的应用也越来越倍受人们的关注,太阳能光伏发电领域也成为热门研究领域。不过,目前现有的太阳能光伏发电系统架构最极易受到实际工作环境和现场条件的影响,从而导致太阳能系统内部出现失衡。如,住宅旁边如果种了一棵大树,树荫、落叶、树皮等各类碎片,天空中飞快运动的云朵,以及不时掉落下来的鸟粪、虫子等杂物都会遮挡住阳光照射太阳能极板的强度,并且会逐步减少光伏系统的总发电量。对于太阳能光伏发电系统而言,只要几块电池板有阴影或树叶等杂物遮蔽,整个系统的发电量便会大幅地下跌。具体来说,只要有10%的光伏组件面积被遮盖,系统的总发电量便会下跌50%。另外,尽管新安装的太阳能光伏系统不会有电池板失配的问题,但随着太阳城集团的流逝,电池板也会不断老化,并且老化的速度参差不齐,太阳能系统内部也必然会出现失衡。
发明内容
本发明的目的是提供基于太阳能优化器的太阳能发电功率控制装置及方法,以便解决由于各种因素使太阳能系统内部出现失衡时,最大限度的提高光伏系统的发电效率。
本发明的目的是这样实现的,基于太阳能优化器的太阳能发电功率控制装置,其特征是:至少包括:光伏组件和太阳能优化电路,光伏组件的输出端与太阳能优化电路输入端电连接构成一组太阳能发电优化单元;多组太阳能发电优化单元进行串并联连接,多组串联连接的太阳能发电优化单元输出进行并联后与DC/AC逆变器输入端电连接,DC/AC逆变器输出端与交流并网单元电连接,将多组太阳能发电优化单元进行串并联后的输出电能供给交流并网单元。
所述的太阳能优化电路包括:双向DC-DC变换器、电压和电流检测传感单元和优化处理电路,光伏组件输出端与双向DC-DC变换器的输入端电连接,电压和电流检测传感单元电连接在光伏组件输出端;电压和电流检测传感单元输出端与优化处理电路电接口连接,向优化处理电路提供光伏组件的电压和电流输出信号;优化处理电路通过对光伏组件的电压和电流信号的处理;不断调整双向DC-DC变换器的工作模式或占空比,使太阳能发电优化单元输出的电压或电流得到控制。
所述的双向DC-DC变换器包括:T1开关管和T2开关管,T1开关管和T2开关管的发射极和集电极并接有二极管;二极管的正极与发射极电连接,二极管的负极与集电极电连接;在T1开关管的集电极与T2开关管的发射极电连接,在T1开关管的集电极与T2开关管的发射极电连接点电连接电感L,电感L的另一端接光伏组件的输出端,光伏组件的输出端与地电压之间接C1电容,T2开关管的集电极接太阳能优化器的输出端,太阳能优化器的输出端与地电压之间接C2电容;T1开关管和T2开关管的基极分别与优化处理电路的控制端电连接;在升压运行时,开关管T2导通,T1截止,变换器工作在Boost状态,当开关管T1导通,T2截止时,变换器工作在Buck状态。
所述的T1开关管和T2开关管基极端与优化处理电路控制端通过光电耦合器光电连接,实现T1开关管和T2开关管不同控制电压的转换。
所述的电压和电流检测传感单元包括:电压检测电路和电流检测电路;电压检测电路是在光伏组件正负电极输出端,串接有3个电阻R1、R2和R0,在电阻R0和电阻R1的电连接端有一电压输出端,电压输出端与运算放大器构成的跟随器输入端电连接,跟随器输出端与优化处理电路A/D输入端电连接;计算电阻R0的电压可以获取光伏组件的输出电压;电流检测电路在光伏组件正极输出回路上,串接有电阻Ri,电阻Ri两端与测量放大器的两输入端电连接,测量放大器的输出端与优化处理电路的另一个A/D输入端电连接;检通过检测电阻Ri的电压,在通过欧姆定律可以获取光伏组件的输出电流。
基于太阳能优化器的太阳能发电功率控制方法,其特征是:
(1)光伏组件遮阴或电气参数不一致,导致光伏组件输出功率变小,当光伏组件的输出电流小于光伏组件所在支路串的输出电流时,太阳能优化电路将光伏组件工作在降压扩流模式;
(2)如果支路串中光伏组件由于遮阴而使得系统的输出功率变小,此时该支路串中未被遮阴的光伏组件输出电流将大于光伏组件串的输出电流,太阳能优化电路将光伏组件工作在升压模式;
(3)如果光伏组件均工作在最大功率点上,且光伏组件输出电流近似等于光伏组件支路串的输出电流时,太阳能优化电路将光伏组件工作在直通状态;
(4)太阳能优化电路内部或并联有旁路二极管,当光伏组件异常时,太阳能优化电路将光伏组件支路串通过旁路二极管直接旁路电流,使整个光伏发电系统正常工作。
本发明的优点是:太阳能优化器在光伏发电基站系统中的连接位置。从它在光伏发电基站系统中的连接位置就可以看出太阳能优化器在光伏极板串联时可以解决由于遮阴等因素导致能量降低而出现的电流瓶颈问题,在支路并联时可以解决由于遮阴等因素导致能量降低而出现的电压差异问题,从而使整个光伏发电系统的效率得到提高。
附图说明
下面结合实施例附图对本发明作进一步说明:
图1是本发明实施例一种太阳能优化电路图;
图2是太阳能发电优化单元电路原理图;
图3是双向DC-DC变换器电路原理图;
图4是电压检测电路的电路图;
图5是电流检测电路的电路图。
图中,1、光伏组件;2、太阳能优化电路;3、DC/AC逆变器;4、交流并网单元;5、双向DC-DC变换器;6、电压和电流检测传感单元;7、优化处理电路;8、电压检测电路;9、电流检测电路。
具体实施方式
如图1所示,基于太阳能优化器的太阳能发电功率控制装置及方法,至少包括:光伏组件1和太阳能优化电路2,光伏组件1的输出端与太阳能优化电路2输入端电连接构成一组太阳能发电优化单元;多组太阳能发电优化单元进行串并联连接,多组串联连接的太阳能发电优化单元输出进行并联后与DC/AC逆变器3输入端电连接,DC/AC逆变器3输出端与交流并网单元4电连接,将多组太阳能发电优化单元进行串并联后的输出电能供给交流并网单元4。
如图2所示,所述的太阳能优化电路包括:双向DC-DC变换器5、电压和电流检测传感单元6和优化处理电路7,光伏组件1输出端与双向DC-DC变换器5的输入端电连接,电压和电流检测传感单元6电连接在光伏组件1的输出端;电压和电流检测传感单元6的输出端与优化处理电路7接口电连接,向优化处理电路7提供光伏组件1的电压和电流输出信号;优化处理电路7通过对光伏组件1的电压和电流信号的处理;不断调整双向DC-DC变换器5的工作模式或占空比,使太阳能发电优化单元输出的电压或电流得到控制。
基于太阳能优化器的太阳能发电功率控制方法:其方法是:
(1)光伏组件1遮阴或电气参数不一致,导致光伏组件输出功率变小,当光伏组件的输出电流小于光伏组件所在支路串的输出电流时,太阳能优化电路将光伏组件工作在降压扩流模式;
(2)如果支路串中光伏组件由于遮阴而使得系统的输出功率变小,此时该支路串中未被遮阴的光伏组件输出电流将大于光伏组件串的输出电流,太阳能优化电路将光伏组件工作在升压模式;
(3)如果光伏组件均工作在最大功率点上,且光伏组件输出电流近似等于光伏组件支路串的输出电流时,太阳能优化电路将光伏组件工作在直通状态;
(4)太阳能优化电路内部或并联有旁路二极管,当光伏组件异常时,太阳能优化电路将光伏组件支路串通过旁路二极管直接旁路电流,使整个光伏发电系统正常工作。
如图3所示,双向DC-DC变换器5包括:T1开关管和T2开关管,T1开关管和T2开关管的发射极和集电极并接有二极管;二极管的正极与发射极电连接,二极管的负极与集电极电连接;在T1开关管的集电极与T2开关管的发射极电连接,在T1开关管的集电极与T2开关管的发射极电连接点电连接电感L,电感L的另一端接光伏组件的输出端,光伏组件的输出端与地电压之间接C1电容,T2开关管的集电极接太阳能优化器的输出端,太阳能优化器的输出端与地电压之间接C2电容;T1开关管和T2开关管的基极分别与优化处理电路的控制端(I/O口)电连接。在升压运行时,开关管T2导通,T1截止,变换器工作在Boost状态,当开关管T1导通,T2截止时,变换器工作在Buck状态,实现降压功能。
由于T1开关管和T2开关管控制需要不同的电压,而T1开关管和T2开关管同时由优化处理电路进行控制,因此,在T1开关管和T2开关管基极端与优化处理电路控制端通过光电耦合器T3和T4光电连接,实现T1开关管和T2开关管不同控制电压的转换。
所述的电压和电流检测传感单元6包括:电压检测电路8和电流检测电路9。
如图4所示,给出电压检测电路的电路图。
在光伏组件1正负电极输出端有电压检测电路8,电压检测电路8是在在光伏极板1正负电极输出端串接有3个电阻R1、R2和R0,在电阻R0和电阻R1的电连接端有一电压输出端,电压输出端与运算放大器T4构成的跟随器输入端电连接,跟随器输出端与优化处理电路7的A/D输入端电连接;计算电阻R0的电压可以获取光伏组件1的输出电压。
电阻R1、R2和R0总阻值大于1000k欧,使其不会损耗光伏极板1的能量。
如图5所示,给出电流检测电路的电路图。
在光伏组件1正极输出回路上有电流检测电路9,它是在光伏组件1正极输出回路上串接一电阻Ri,电阻Ri两端与测量放大器T6的两输入端电连接,测量放大器T6的输出端与优化处理电路7的另一个A/D输入端电连接;通过检测电阻Ri的电压,在通过欧姆定律可以获取光伏组件1的输出电流。
太阳能优化器在光伏发电基站系统中的连接位置。从它在光伏发电基站系统中的连接位置我们就可以看出太阳能优化器在光伏极板串联时可以解决由于遮阴等因素导致能量降低而出现的电流瓶颈问题,在支路并联时可以解决由于遮阴等因素导致能量降低而出现的电压差异问题,从而使整个光伏发电系统的效率得到提高。
本发明的交流并网单元采用现有的结构,在这不做过多说明。

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