CN104795985B - 一种防pid效应的光伏*** - Google Patents

一种防pid效应的光伏*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种防PID效应的光伏***，包括：光伏组件、逆变器及防逆流控制器，逆变器的直流侧与光伏组件连接、交流侧与电网连接，逆变器与光伏组件之间还连接有负升压装置，所述负升压装置用于提升光伏组件的负端对地电压。防逆流控制器通过一采样模块对电网进行检测，并根据检测信号控制所述逆变器和负升压装置的工作状态。本发明的逆变器通过前级采用负升压装置，把光伏组件的负端对大地电压为负压现象转换为负端对大地电压的负压减小或大于等于0，从而实现了光伏组件负端对地的负电压较小或为正电压的目的，消除了非隔离单相逆变器对组件产生PID的现象。

Description

一种防PID效应的光伏***
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，具体涉及一种防PID效应的光伏***。
背景技术
光伏应用越来越广泛，电站规模越来越大，组件串联的数量不断增大。组件承受高地势能的几率越来越大，由于高压的存在，内部导电体与大地之间(通过边框)之间存在泄漏电流。这种泄漏电流可能引起组件功率的衰减，通常把这种衰减叫势能诱导衰减，即PID。
PID最早是Sunpower在2005年发现的，组件长期在高电压作用下使得玻璃、封装材料之间存在漏电流，大量电荷聚集在电池片表面，使得电池表面的钝化效果恶化，导致FF、Jsc、Voc降低，使组件性能低于设计标准。在2010年，NREL和Solon证实了无论组件采用何种技术的p型晶硅电池片，组件在负偏压下都有PID的风险。
目前传统恢复PID现象的方法有：
1.采用串联组件的负极接地；
2.在晚间对组件和大地之间施加正电压。
表1.两种恢复方法的对比表
对于光伏逆变器来说，能够对光伏组件造成影响的仅有对地极性与漏电流大小两个方面。
漏电流的大小主要与电池板对地电容和电池板电压对地变化有关。电池板的对地电容仅与电池板结构及其安装有关，不受逆变器影响；但是对地电压的变化却与逆变器拓扑及其调制方式有关,在此不作讨论。
对地极性与逆变器拓朴和工作模式有关；太阳能逆变器拓扑中，主要有带变压器型逆变器与无变压器型逆变器两种。
2.1.根据变压器工作频率的不同，带变压器型逆变器拓扑可以分为带工频变压器光伏逆变器与带高频变压器光伏逆变器两种：如图1所示，带工频变压器光伏逆变器是由一个的全桥逆变器与一个50Hz的工频变压器组成而成，由于在输出端有变压器隔离，避免了并网漏电流与DC偏量的存在，可以把太阳能电池板的(+)端或(－)端接地。如图2所示，带高频变压器光伏逆变器是由带高频变压器的DC-DC变换器与一个全桥逆变器组成，由于在输入与输出之间存在变压器隔离，可以避免输入对地电容及对地电压变化对输出漏电流的影响。与带工频变压器逆变器相同，根据电池板的需要，可以把电池板的(+)端或(－)端接地。
对于以上两种拓扑，尽管有各种不同的工作模式，然而由于隔离变压器的存在，组件的性能不会受此影响。缺点在于有变压器的存在，效率有所降低，体积、成本高。
2.2.如图3所示，单相无变压器型逆变器目前普遍采用BOOST升压变换器+DC/AC变换器。这种非隔离模式，无论后级DC/AC采用任何拓朴，都存在组件负端对地电压为负，可能造成光伏组件腐蚀的问题。
因此，如何设计出一种有效防止PID效应的光伏***是业界亟待解决的技术问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种有效防止PID效应的光伏***，该光伏***内的逆变器为非隔离单相逆变器。逆变器通过前级采用负升压BOOST方式，把光伏组件输入PV-对大地的电压为负压的现象转换为PV-对大地的电压等于大于0或缩小两者之间负压，从而消除或降低了非隔离单相逆变器对组件产生PID的现象。
本发明提出了一种防PID效应的光伏***，包括：光伏组件、逆变器及防逆流控制器，逆变器的直流侧与光伏组件连接、交流侧与电网连接，逆变器与光伏组件之间还连接有负升压装置，所述负升压装置用于提升光伏组件的负端对地电压。防逆流控制器通过一采样模块对电网进行检测，并根据检测信号控制所述逆变器和负升压装置的工作状态。
在一实施例中，负升压装置包括：第一电感、场效应管及二极管，二极管的阴极经过第一电感接光伏组件的负端，同时二极管的阴极经过场效应管接光伏组件的正端，二极管的阳极接地；所述逆变器的直流母线正端连接光伏组件的正端、直流母线的负端接地。
在另一实施例中，负升压装置包括：第一电感、场效应管及二极管，二极管的阴极经过场效应管接光伏组件的负端，同时二极管的阴极经过第一电感接地，二极管的阳极接逆变器的直流母线负端；所述光伏组件的正端和逆变器的直流母线正端均接地。
较优的，逆变器与电网之间连接有LC滤波器。
其中，LC滤波器包括：第二电感和第二电容，所述第二电感串联在DC/AC逆变电路的输出侧与电网之间，第二电容并联在电网的两端。
一般来说，DC/AC逆变电路采用全桥或半桥逆变电路。
逆变器与电网之间串联有继电器，防逆流控制器控制继电器的通断。
较优的，防逆流控制器还连接一后台上位机和一显示装置。
实际应用时，防逆流控制器采用的芯片型号为TMS320F28069。
本发明的逆变器通过前级采用负升压装置，巧妙的将传统光伏组件两端的正升压改为负升压，把光伏组件的负端对大地电压为负压现象转换为负端对大地电压的负压减小或大于等于0，从而实现了光伏组件负端对地的负电压较小或为正电压的目的，消除了非隔离单相逆变器对组件产生PID的现象。
附图说明
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：
图1是现有技术中带工频变压器的电路连接图；
图2是现有技术中带高频变压器的电路连接图；
图3是现有技术中单相无变压器型逆变器的电路连接图；
图4是本发明光伏***的控制原理框图；
图5是本发明一实施例中逆变器的全桥H4逆变电路连接图；
图6是本发明一实施例中逆变器的全桥H6逆变电路连接图；
图7是本发明另一实施例中逆变器的全桥逆变电路连接图。
具体实施方式
如图4所示，本发明提出的防PID效应的光伏***，包括：光伏组件1、逆变器2及防逆流控制器，逆变器2的直流侧与光伏组件1相连、交流侧与电网相连，逆变器2与光伏组件1之间还连接有负升压装置3，负升压装置3用于提升光伏组件1的负端对地电压。防逆流控制器通过一采样模块对电网进行检测，采样模块采集电网的电压、电流值并将其转换为信号，将信号发送至防逆流控制器，防逆流控制器根据检测信号调整逆变器2和负升压装置1的工作状态。
如图5所示，该逆变器2包括：并联的直流母线21和DC/AC逆变电路22，直流母线21的输入侧与光伏组件1相连，DC/AC逆变电路22的输出侧与电网相连，负升压装置3连接在光伏组件1和直流母线21之间。其中，直流母线21由并联在DC/AC逆变电路输入侧的第一电容构成，防逆流控制器通过一驱动件分别与DC/AC逆变电路22和负升压装置3连接。
如图5、6所示，在一实施例中，负升压装置3包括：第一电感、场效应管及二极管，二极管的阴极经过第一电感接光伏组件的负端，同时二极管的阴极经过场效应管接光伏组件的正端，二极管的阳极接地，直流母线的正端连接光伏组件的正端，直流母线的负端接地。
光伏组件1通过负升压装置3，即在本实施例中为负升压BOOST电路，将光伏组件1的负端电压升至直流母线21(约-380Vdc)，再经DC/AC逆变电路22，利用正弦脉宽调制原理，产生SPWM正弦波。在本实施例中，通过前级采用负升压装置3，巧妙的将传统光伏组件两端的正升压改为负升压，把光伏组件1的负端对大地电压为负压现象转换为负端对大地电压的负压减小或大于等于0，从而实现了光伏组件负端对地的负电压较小或为正电压的目的，消除了非隔离单相逆变器对组件产生PID的现象。
如图7所示，在另一实施例中，负升压装置3包括：第一电感、场效应管及二极管，二极管的阴极经过场效应管接光伏组件的负端，同时二极管的阴极经过第一电感接地，二极管的阳极接直流母线的负端；光伏组件1的正端和直流母线21的正端接地。
光伏组件1的正端接地，光伏组件1的负端接反极性装置的输入端，通过负升压装置3即BUCK-BOOST电路，将光伏组件1的负端负电压将至直流母线21(约-380Vdc)，再经DC/AC电路22，利用正弦脉宽调制原理，产生SPWM正弦波。在本实施例中，通过前级采用负升压装置改负压的方式，巧妙的将传统光伏组件正端对光伏组件负端为正电压进行了倒置，变成了光伏组件正端对光伏组件负端为负电压，从而实现了光伏组件负端对地为正电压的目的，消除了非隔离单相逆变器对组件产生PID的现象。
较优的，逆变器2与电网之间连接有LC滤波器4。其中，LC滤波器4包括：第二电感和第二电容，第二电感串联在DC/AC逆变电路22的输出侧与电网之间，第二电容并联在电网的两端。DC/AC逆变电路22产生的正弦波经过LC滤波器4后得到可控的正弦电流。
一般来说，DC/AC逆变电路22采用全桥或半桥逆变电路。
优选的，如图4所示，逆变器2与电网之间串联有继电器，防逆流控制器控制继电器的通断。防逆流控制器通过判断采样模块采集的电压电流信号，判断***是否有逆电流发生，如果有逆电流，则开始减小逆变器输出电流，直到逆电流消失或达到正常范围内，或直接断开继电器。
进一步的，防逆流控制器还连接一后台上位机和一显示装置，以便于及时调整及监控防逆流控制器的控制过程。在实际应用时，防逆流控制器采用的芯片型号可选为TMS320F28069。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神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)

1.一种防PID效应的光伏***，其特征在于包括：光伏组件、逆变器及防逆流控制器，逆变器的直流侧与光伏组件连接、交流侧与电网连接；所述逆变器与光伏组件之间还连接有负升压装置，所述负升压装置用于提升光伏组件的负端对地电压；
所述负升压装置包括：第一电感、场效应管及二极管，二极管的阴极经过第一电感接光伏组件的负端，同时二极管的阴极经过场效应管接光伏组件的正端，二极管的阳极接地；所述逆变器的直流母线正端连接光伏组件的正端、直流母线的负端接地；
所述防逆流控制器通过一采样模块对电网进行检测，并根据检测信号控制所述逆变器和负升压装置的工作状态；
所述逆变器与电网之间串联有继电器，所述防逆流控制器控制所述继电器的通断，防逆流控制器通过判断采样模块采集的电压电流信号，判断***是否有逆电流发生，如果有逆电流，则开始减小逆变器输出电流，直到逆电流消失或达到正常范围内，或直接断开继电器。
2.如权利要求1所述的光伏***，其特征在于，所述逆变器与电网之间连接有LC滤波器。
3.如权利要求2所述的光伏***，其特征在于，所述逆变器包括：并联的直流母线和DC/AC逆变电路，直流母线的输入侧与光伏组件相连，DC/AC逆变电路的输出侧与电网相连，所述负升压装置连接在光伏组件和直流母线之间;
所述LC滤波器包括：第二电感和第二电容，所述第二电感串联在DC/AC逆变电路的输出侧与电网之间，所述第二电容并联在电网的两端。
4.如权利要求3所述的光伏***，其特征在于，所述DC/AC逆变电路采用全桥或半桥逆变电路。
5.如权利要求4所述的光伏***，其特征在于，所述防逆流控制器还连接一后台上位机和一显示装置。
6.如权利要求5所述的光伏***，其特征在于，所述防逆流控制器采用的芯片型号为TMS320F28069。
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