[发明专利]一种基于直流光伏模块的光伏发电系统拓扑结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种光伏发电系统，尤其是一种基于直流光伏模块的光伏发电系统拓扑结构，属于光伏发电技术领域。

背景技术

目前常用的光伏发电系统拓扑结构有集中式、串联式、多支路式。其中，集中式结构按照设计的电压等级和容量，把大量光伏组件通过串联和并联的方式连接至汇流箱，然后经过一个集中式逆变器将光伏阵列输出的直流电能变换为交流电能；串联式和多支路式结构将多个光伏组件串联形成光伏组件串，每个组件串通过DC/DC变换器升压后，再逆变输出交流电能。这三种拓扑结构的共同缺点是：系统中存在光伏组件的串联或并联，系统的最大功率点跟踪是针对整个串并联光伏阵列或组件串，无法保证每个组件均运行在最大功率点，抗阴影能力差，甚至可能形成热斑，导致组件损坏，系统可靠性低，大大降低了系统的能量变换效率，同时也难以获得每个组件的状态信息。

针对上述缺点，有文献指出采用交流模块式结构。所谓交流模块式结构是每个光伏组件配备一台微型逆变器（MI），组成一个交流模块，然后并联到交流母线上。这种结构虽然可以克服其它结构抗热斑和阴影能力差、功率失配、难以有效实现最大功率点跟踪（MPPT）的问题，但由于每个交流模块逆变后并联到交流母线上，因而每个交流模块均需要考虑并网控制问题，存在并网控制复杂、成本高、可靠性低等不足。

针对上述不足，已有文献指出采用直流模块式结构。CN102158094B公开了一种光伏发电DC/DC变换器及其控制方法，该方法是将若干个DC/AC逆变器分别连接一个高频变压器，所有高频变压器的二次侧的一端连在一起，另一端分别连接一个单相二极管实现整流，组成光伏发电DC/DC变换器。但该光伏发电DC/DC变换器及其控制方法存在系统结构复杂、控制难、施工难、成本高等问题，也没涉及到各个变换器的通信问题。

发明内容

本发明的主要目的在于：针对上述现有技术存在的缺点和不足，提供结构简单、控制更加灵活简便、易于施工、成本经济的一种基于直流光伏模块的光伏发电系统拓扑结构，从而便于推广应用。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：一种基于直流光伏模块的光伏发电系统拓扑结构，包括直流光伏模块、GPRS模块、直流母线、逆变器、储能装置变换器、储能装置、交流母线、智能双向电表、交流负载。所述直流光伏模块与所述直流母线相连；所述储能装置变换器一端与所述直流母线相连，另一端与所述储能装置相连；所述逆变器一端与所述直流母线相连，另一端与所述交流母线相连；所述交流负载与所述交流母线相连；所述智能双向电表一端与所述交流母线相连，另一端与电网连接。

所述直流光伏模块由光伏组件、直流微型变换器、通信模块组成，所述直流微型变换器一端与所述光伏组件相连，另一端与所述直流母线相连，所述直流微型变换器为升压回路，可直接将所述光伏组件的输出电压升高至所需电压（如800V或400V），它连接有自身的控制回路，所述控制回路与所述通信模块相连，实现直流升压、最大功率点跟踪（MPPT）和通信功能，彻底解决阴影等形成的热斑效应，大大提高发电效率。

进一步地，将光伏发电系统中所有的所述直流光伏模块作为基本单元进行并联，且均与所述直流母线相连，将电能输送、汇至所述直流母线。

进一步地，将光伏发电系统中所有的所述直流光伏模块分为若干组；每组含有n个所述直流光伏模块（其中n≤255）和一个所述GPRS模块，每个所述直流光伏模块均通过其通信模块与本组的所述GPRS模块相连；所述GPRS模块与上位机实现无线通信，采集并上传直流光伏模块的状态信息，实现直流光伏模块的状态监控与故障诊断，方便系统维护。

所述储能装置变换器为双向变换器，实现储能装置的充放电管理和直流母线稳压功能，并通过RS485总线与上位机实现通信。

所述逆变器实现直流母线稳压以及光伏发电系统的离网运行与并网运行状态之间切换功能，并通过RS485总线与上位机实现通信。