[发明专利]全独立并联式光伏发电装置

说明书

技术领域

本发明属于发电装置技术领域，涉及一种全独立并联式光伏发电装置。

背景技术

目前光伏电厂(站)的一般模式是，先把N个光伏电池组件串联成一条支路，再将M条支路并联起来构成光伏电池阵列。这样的发电结构存在两方面的问题：第一、每条支路上的各光伏电池组件的特性必须一致，否则，整条支路的电流被输出能力最差的光伏电池组件所限制，严重地，当有个别光伏电池组件损坏时，整条支路不能出力；第二、全部M条支路的端口电压是一致的，而特性不一致的各条支路在一致的端口电压下并不能都输出最大功率。

光伏发电的基本原理是太阳光量子照射到光伏电池板上引起半导体PN结载流子的激发而形成电流。其输出伏安特性如图1所示。由于半导体工艺的分散性、光伏电池组件的老化程度不一致、光照环境不一致等多种原因，造成各光伏电池组件的实际输出伏安特性差异较大。如图1所示，当将一定数量的光伏电池组件串联时，它们的输出电流相等，则都没有运行在各自的最大功率输出点；当将它们并联连接时，它们的输出电压相等，则也都没有运行在最大输出功率点的可能。

图2所示为目前世界范围内普遍采用的光伏发电厂(站)的一般电气原理框图。图2中，先将N块光伏电池组件串联连接成一条支路，使支路总的开口输出直流电压达到功率变换器所要求的电压等级，并在每个支路上安装一个防倒流二极管；然后将M条支路并联汇流到正、负直流母线上，以获得所要求的功率等级。正、负直流母线将光伏电池输出的直流电能送入功率变换器，由功率变换器将该直流电能变换为交流电能送入交流电网或供给交流负载并进行最大功率跟踪控制(MPPT)。图2所示的光伏发电系统存在的问题是：一、在一个串联支路内，N个光伏电池组件输出同一个电流，且该电流不能大于电流输出能力最差的那一块光伏组件的电流，根据图1，各光伏电池组件都没有工作在最大可出力状态，严重地，若在支路内即使只有一个光伏电池损坏，则整条支路不能出力。虽然在每块光伏电池组件两端反并一个二极管可以克服此问题，但又造成了电流输出能力小的光伏组件完全不能出力。二、M条支路的端口电压同一，且不能高于电压输出能力最低的哪条支路。图1所示的伏安特性同样适合于描述各条支路。根据图1，各支路都没有工作在最大可出力状态。所以，无论后续的功率变换器的MPPT算法如何，系统实际输出的只是一种虚假的最大功率，光伏电池的发电潜力并未充分发挥。图2所示的系统结构在工程实践上也存着充分利用场地与保持支路特性尽可能一致的冲突、前期投入与后期扩容的冲突以及检查维修困难等问题。

还有类似公开的专利，为每一块光伏电池组件设计配备了一个功率控制器试图克服上述问题。其结构如图3所示，将光伏电池组件与功率控制器两者一起构成单元“光伏直流模块”，模块中的DC/DC变换器器进行MPPT控制以使单体模块的输出功率最大化。但是，这是一种串联结构，在大型光伏电厂(站)中，众多的光伏电池组件的串联后的总电压高的不可接受，为了实现MPPT控制，输出直流电压变动范围也将非常大以至于后续的逆变器工作在极端恶劣的条件下。

专利申请号：200910040036.1，公开日：2009年11月4日，公开了《一种蚁群并联光伏发电系统》，结构如图4所示，该专利出发点是：将全部光伏电池组件通过一个“电流泵”电路并联起来，以使特性不同的光伏电池组件不相互影响，克服串联支路的电流瓶颈效应问题。但是，采用这样的并联结构存在以下主要问题需要解决：

第一、系统采集并联总出口处的电流、电压作为各参与并联的基本单元的最大功率跟踪控制的依据，控制目标是并联总出口处的输出功率最大化，而不是各基本单元输出功率的最大化。换言之，控制各基本单元的脉冲占空比是来自于集中控制器的同一个，而各并联的基本单元的输出电压同一，根据“电流泵”电路的工作原理，这将导致各光伏电池组件工作在同一输出电压下，这不能保证特性有差异的各基本单元工作在最大功率输出状态。

第二、从集中控制器到各基本单元之间有基本单元的电压反馈信号线、PWM控制线等，即全体基本单元都依赖于集中控制器，对大型光伏电厂(站)来说，从众多的基本单元到集中控制器之间需要大量的、长距离的这样信号连接线，这在工程实践上没有可行性。

第三、全部光伏电池组件采用一级并联结构，低压大电流通过长距离传输线到汇流柜时将会有很大的压降损耗，直接导致系统的发电效率降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种全独立并联式光伏发电装置，解决了现有技术中存在的问题。