CN103138377A - 一种光伏组件优化器冗余直通装置以及控制方法 - Google Patents

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虞文汉
周笛青
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Abstract

本发明适用于光伏发电电源技术领域，提供了一种光伏组件优化器冗余直通装置以及控制方法。冗余直通装置和组件优化器并联连接，可安装在光伏组件接线盒内或组成单独的模块。装置包括一个功率开关电路和一个驱动控制电路，驱动控制电路根据接收到的来自组件优化器的信号控制功率开关的开通或关断，使冗余直通装置在组件优化器正常工作时处于关断模式，不影响组件优化器的最大功率点跟踪，当组件优化器失效时，冗余直通装置进入直通模式，使失效的光伏组件依然能够正常工作，增加光伏***的可靠性。

Description

一种光伏组件优化器冗余直通装置以及控制方法
技术领域：
本发明属于光伏发电电源技术领域，尤其涉及一种光伏组件优化器冗余直通装置以及控制方法。
背景技术：
随着全球能源紧张问题的日益严重，再生能源正得到越来越广泛的应用。近年来，光伏发电作为一种具有广阔前景的绿色能源已成为国内外学术界和工业界研究的热点，在技术研发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展，成为快速、稳定发展的新兴产业之一。随着大规模光伏发电技术的推广和应用，如何使光伏发电***更加稳定且有效地发电就成了我们越来越关心的问题。
现有的光伏发电***采用多个光伏组件串联后接入逆变器向外输出电能，可是一旦发生局部阴影，比如一块或多块光伏组件被遮挡时，现有的MPPT算法无法追踪到全局最大功率点，从而无法保证每一块光伏组件都输出其最大功率。组件优化器通过对每块光伏组件进行最大功率点控制，解决了局部阴影及组件失配问题，使每一块光伏组件都能够输出其所能产生的最大功率。组件优化器可单独作为控制模块或者置于光伏组件接线盒内，与接线盒一起封装在光伏组件上，然后再串联起来作为新的光伏阵列使用。
组件优化器的使用同时也就出现了新的问题，一旦某块组件优化器失效，由于组件优化器内旁路二极管的存在，光伏发电***中其它光伏组件虽然依然还能继续工作，但失效光伏组件被旁路，导致整体的发电效率降低了。因此，如何对光伏发电***中组件优化器的工作状态进行监控，及时地发现并防止光伏组件被旁路，将是一件十分必要及有意义的装置。
发明内容
本发明目的在于为解决所述问题，提出了一种能有效地监控组件优化器工作状态，通过给组件优化器增加冗余直通装置，在组件优化器失效时进入冗余直通模式，使失效光伏组件依然能够正常工作，防止不必要的电能浪费的思想方法。
为解决所述技术问题，本发明提供的技术方案是：一种光伏组件优化器冗余直通装置，对于组件优化器中功率器件损坏、控制电路故障或辅助电源失效等各种故障，都能进行监控并及时进入冗余直通模式，旁路失效的组件优化器，使相应光伏组件继续工作。该装置是一个组件优化器的冗余模块，为组件优化器增加了一个冗余直通模式，冗余直通装置在组件优化器正常工作时处于关闭状态，不影响组件优化器的最大功率点跟踪，当组件优化器失效时，冗余直通装置工作，以提高***可靠性。
本发明通过在组件优化器中增加一个冗余直通装置，优化器正常工作情况下，组件优化器向冗余直通装置发送重复的脉冲信号，使其断开，一旦冗余直通装置未接收到此重复的脉冲信号，则说明组件优化器出现故障，冗余直通装置进入工作模式。冗余直通装置在组件优化器出现各种故障时的具体实现思想为：当组件优化器辅助电源停止工作或者组件优化器控制电路出现故障时，组件优化器无法发出脉冲信号，冗余直通装置进入直通模式；组件优化器中的功率器件损坏，组件优化器检测到此类故障后停止向冗余直通装置发送脉冲信号，冗余直通装置进入直通模式。
本发明的思想是通过在组件优化器失效时，利用冗余直通装置旁路失效的组件优化器，使得对应的光伏组件仍可以输出能量。
附图说明
图1为本发明的光伏组件优化器冗余直通装置的***结构示意图。
图2为本发明的冗余直通装置一个实施例的电路图。
图3为本发明的冗余直通装置另一个实施例的电路图。
具体实施方法
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细说明，但此处所描述的具体实例仅仅用以解释本发明，不应以此限制本发明的保护范围。
图1为本发明的光伏组件优化器冗余直通装置的***结构示意图。
一种增加了光伏组件优化器冗余直通装置的光伏发电***，包括光伏组件(101)、组件优化器(104)、逆变器(106)，所述组件优化器(104)的输入端与所述光伏组件(101)相连接，输出端与其余组件优化器输出端串联后接入到逆变器(106)。一个冗余直通装置(103)的输入端与所述组件优化器(104)的输入端并联连接，所述冗余直通装置(103)的输出端与所述组件优化器(104)的输出端并联连接，所述组件优化器(104)通过一个信号传输线(105)发送控制信号给所述冗余直通装置(103)。
所述的光伏组件优化器冗余直通装置(103)包括一个功率开关电路(1031)和一个驱动控制电路(1032)，所述驱动控制电路(1032)根据接收到的所述信号传输线(105)的信号控制所述功率开关电路(1032)的开通或关断。
所述冗余直通装置(103)和所述组件优化器(104)集成在接线盒(102)内，或独立于接线盒(102)外部。
所述功率开关电路由MOSFET、或IGBT、或晶闸管、或功率二极管、或继电器中的一种或几种开关器件组成。在组件优化器失效时，该功率开关电路将开启，以旁路失效的组件优化器。
一种光伏组件优化器冗余直通装置的控制方法，所述组件优化器104在正常工作时通过所述信号传输线(105)向所述冗余直通装置(103)发送重复的脉冲信号，所述冗余直通装置(103)接受到脉冲信号后控制功率开关电路(1032)关闭，所述冗余直通装置(103)进入关闭模式。所述组件将优化器(104)失效时，所述信号传输线(105)保持高电平或低电平，所述冗余直通装置(103)未检测到脉冲信号后，将控制功率开关电路(1032)导通，所述冗余直通装置(103)进入直通模式，旁路所述的组件优化器(104)。
所述功率开关电路(1032)对所述光伏组件(101)输入的正母线、负母线或正负母线进行导通或关断控制。
为了更好解释本发明，图2给出本发明所述的冗余直通装置(103)的一个实施例的电路图。冗余直通装置由驱动信号生成电路(201)及主功率管及其驱动电路(202)组成。模块中的PV+、PV-和OUT+、OUT-分别连接组件优化器的输入端和输出端。
作为本发明的一实施例，驱动信号生成电路(201)主要由电容C1、C2、C3、C4，二极管D1、D2，电阻R1、R2、R3、R4、R5，三极管Q1，芯片U1构成。驱动信号生成电路接收来自组件优化器的控制信号，经过调理后生成驱动信号控制冗余直通装置中的主功率管。
主功率管及其驱动电路202主要由三极管Q1、Q2，电容C1、C2，隔离变压器T1，整流桥和电阻以及两个功率开关管S1、S2构成。三极管Q1、Q2构成推挽电路，由VCC+提供电压。功率开关管采用N沟道MOSFET或IGBT，由于功率开关管驱动电位与组件优化器中地电位不相同，因此驱动电路需采用隔离变压器T1。当开关管S1、S2均导通时，冗余直通装置进入直通模式。
具体工作原理为：
驱动信号生成电路接收来自组件优化器的控制信号，组件优化器正常工作时，发出重复的脉冲信号，当脉冲信号为高电平时，通过C1，D2向C2充电，低电平时C2通过R1放电，若C2电容值足够大，可以维持C2上电压使得三极管Q1导通，U1芯片处于复位状态，不输出驱动信号，功率开关管进入断开模式。当组件优化器发生故障时，驱动信号生成电路接收不到脉冲信号，C2维持低电平，三极管Q1截止，U1芯片输出方波驱动信号，经隔离驱动电路隔离放大后驱动功率开关S1、S2，冗余直通装置进入直通模式。
如图3所示为本发明的冗余直通装置的另一个实施例的电路图，开关管采用的是P沟道功率管和功率二极管，其工作原理与图2类似，但无需隔离驱动电路，同样能够对冗余直通装置进行准确控制。
以上所述仅为本发明的较佳实例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的思想和原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种光伏组件优化器冗余直通装置，其特征在于：所述冗余直通装置(103)与一个组件优化器(104)并联连接；所述组件优化器(104)通过一个信号传输线(105)发送控制信号给所述冗余直通装置(103)；所述组件优化器(104)的输入端与一个光伏组件(101)相连接，输出端与其余组件优化器输出端串联后接入到逆变器(106)。
2.根据权利要求1所述的光伏组件优化器冗余直通装置，其特征在于：所述冗余直通装置(103)包括一个功率开关电路(1031)和一个驱动控制电路(1032)，所述驱动控制电路(1032)一端与所述信号传输线(105)相连接，另一端接功率开关电路。
3.根据权利要求1所述的光伏组件优化器冗余直通装置，其特征在于：所述冗余直通装置(103)和所述组件优化器(104)集成在接线盒(102)内，或独立于接线盒(102)外部。
4.根据权利要求2所述的光伏组件优化器冗余直通装置，其特征在于：所述功率开关电路(1031)由MOSFET、或IGBT、或晶闸管、或功率二极管、或继电器中的一种或几种功率器件组成。
5.根据权利要求4所述的一种光伏组件优化器冗余直通装置的控制方法，其特征在于：所述功率开关电路(1031)串联在所述光伏组件(101)输出的正母线、负母线或正负母线上进行导通或关断控制。
6.一种光伏组件优化器冗余直通装置的控制方法，其特征在于：所述组件优化器(104)在正常工作时通过所述信号传输线(105)向所述冗余直通装置(103)重复发送脉冲信号，所述冗余直通装置(103)接受到脉冲信号后控制功率开关电路(1031)关闭，所述冗余直通装置(103)进入关闭模式。所述组件将优化器(104)失效时，所述信号传输线(105)没有输出脉冲信号，所述冗余直通装置(103)进入直通模式，旁路所述的组件优化器(104)。
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