[实用新型]串联式光伏方阵高压隔离大功率调节装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种串联式光伏方阵高压隔离大功率调节装置。

背景技术

目前光伏电站在国家的政策激励下飞速发展。光照充足的一、二类地区光伏资源基本分布在西藏、新疆、青海、内蒙等边远或无人地区，大型光伏电站多建在这些地区。然而这些地区人烟稀少、交通不便、物资严重缺乏、建设成本高、生存条件差，工业基础差，又处于电网的末端或远离电网，光伏发电无法就地消纳。外送光伏电能远离电网，使得这些地区光伏电站的建设、运维成本及传输损耗大大增加，良好资源无法很好的利用。同样，一些荒山坡岭有良好的光照条件，但由于具备可建设光伏电站逆变器、控制室等条件的地点距离远不能利用。即便已建设光伏电站，也是选择相对电网较近的地方。无论是光伏电站的汇流箱与逆变器，还是逆变器与并网点的距离都非常远，也需要长距离输电，交流升压长线传输，分布电感、电容、电缆内阻都会造成电量的损失，因此损耗是面临的主要的问题。目前国内外大型光伏电站多采用集中型电站，如图6所示，大型集中式光伏电站为提高光伏电站容量，将所有的伏组串分成n组，如16串伏组串分为一组，每一组的光伏组串输出经汇流箱内并联输出。由此出现n台汇流箱，再将n台汇流箱分成n个单元，如8台汇流箱为一个单元，将一个单元的汇流箱输出在开关柜内并联输出，再将n个单元开关柜输出与逆变器输入端并联，逆变器转换输出交流经升压变压器升压并网，n为≥1的整数。存在以下不足：

电站远离并网点，无论是汇流箱与逆变器还是与并网点的距离相对都较远，传输损耗大；

集中式大功率逆变器采用光伏组串并联，对每串光伏组串无法独立进行MPPT最大功率点跟踪；汇流箱同样也无法对光伏组串/阵列实现功率优化，造成发电功率损失；

光伏组串汇流输出电压采用低电流大电缆，传输损耗大，以10MW电站为例，输出到逆变器输入端直流电压500V则电流为20000A；

由于逆变器功率不变，不能满足光伏方阵低功率输出时的功率匹配，功率大量损失，而且失配时逆变器输出的谐波增加；

所应用设备都是低电压大电流形式，如逆变器的通态损耗大；

由于逆变器输入电压低，使得并网输出采用升压变压器输出，增加损耗及成本；

由于汇流箱及逆变器无法检测组串、电缆、接线端子的拉电弧、虚接等故障问题，造成发电量损失及火灾引起的财产损失。

为降低光伏电站系统损耗，有效发挥光伏组件的最大发电效率，目前国内外在不同技术方向进行研究，如光伏组件级、光伏组串级、光伏方阵级的功率优化，然而应用并不理想，主要表现在：组件功率优化器安装在组件上，大型电站应用成本高；组串型逆变器的应用有限，在大型电站推广成本高；

再如，模块化逆变器虽可适应全程光伏方阵输出功率匹配，但由于无法实现光伏组串独立功率优化，应用较少；

又如，具有光伏组串功率优化、火灾监控预警的智能汇流箱，和目前无光伏组串功率优化、火灾监控预警的汇流箱比较，由于输出电流大、应用意识及成本高，应用受阻。

串联式光伏方阵具有输出电压高、电流小、独立的光伏组串功率优化、成本低等智能检测功能，是非常理想的光伏电站模式，但目前应用较少，其原因之一是在串联式光伏方阵中每个光伏组串高压隔离功率调节模块输出功率<15KW，应数该模块量多。如图2所示的光伏组串高压隔离功率调节模块电路原理，由于该模块采用一串或两串并联光伏组串经光伏组串高压隔离功率调节模块Pm_in+、Pm_in-输入，并由功率开关Q1、功率开关Q2、储能电感L1、储能电容C1、续流二极管D1、电流传感器A组成的升、降压电路与稳压电路、控制器及高压隔离变压器连接，组成光伏组串高压隔离调节最大功率跟踪模块。实现光伏组串MPPT最大功率跟踪、高压隔离及功率优化或升、或降电压输出。正常光照时MPPT跟踪电压经高压隔离变压器输出为串联式光伏方阵系统功率优化电压。由于云对光伏组串的影响，在串联式光伏方阵系统中各光伏组串输出功率不同。为满足串联式光伏方阵最大功率输出，串联式光伏方阵系统依据功率优化控制策略，调整每个光伏组串高压隔离调节最大功率跟踪模块或升、或降电压输出。由于该模块只有一串或两串并联光伏组串输入，而且MPPT最大功率跟踪与串联式光伏方阵功率优化采用同一升、降电压电路，所调整的串联式光伏方阵优化输出电压也就是调整改变该模块的光伏组串MPPT最大功率跟踪电压值，由此调整会造成光伏组串MPPT最大功率跟踪点偏离。由此也带来某个的光伏组串MPPT最大跟踪点偏离损失，但对串联式光伏方阵系统来讲，可获得最大的功率输出。