CN105262138A - 一种光伏组件优化器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光伏组件优化器。该优化器的输入侧分为A、B两路，分别与第一、第二光伏组件连接。A路包括：第一输入电容，并联于第一正、负输入端间，第一负输入端与负输出端连接并接地；第一开关管，漏极与第一正输入端连接，栅极接收第一驱动信号；第一二极管，正极与第一负输入端连接，负极与第一开关管源极连接；B路包括：第二输入电容，并联于第二正、负输入端间，第二正输入端与正输出端连接；第二开关管，源极与第二负输入端连接，栅极接收第二驱动信号；第二二极管，正极与第二开关管漏极连接，负极与第二正输入端连接；优化器还包括：电感、输出电容、旁路二极管、直通开关管和控制中心。

Description

一种光伏组件优化器
技术领域
本发明涉及光伏并网发电技术领域，具体来说，本发明涉及一种光伏***的光伏组件优化器。
背景技术
由于太阳能的可再生性及清洁性，光伏并网发电技术得以迅猛发展。优化器结构是其中一种高效的光伏并网方案，每个光伏组件连接一台可升降压的优化器，将优化器的输出端串联后通过集中式逆变器将能量传递给电网。优化器结构将光伏阵列的最大功率点跟踪(MPPT)解耦为各个光伏组件的最大功率点跟踪，在解决光伏组件不匹配及部分遮蔽问题的同时，也可以监测光伏组件的性能，方便***的运维。
如图1所示，现有的优化器通常是输出串联后接入逆变器。而如图2所示，优化器如果发生故障，通常会有旁路二极管将本优化器输出的正负极短路，从而使优化器串不断开，保证继续工作。具体的，参考图3。图3是现有技术的一种优化器，该优化器的输入为2路，输出为1路。两个光伏组件A和B的输出端独立连接优化器的两路输入端PV1+/PV1-和PV2+/PV2-。这两路输入端对应两路电力转换电路。输出为OUT+和OUT－，OUT+和PV2+直通，OUT-和PV1-直通。该优化器至少包括开关管Q1和Q2，控制中心，电感L，二极管D1和D2，输出旁路二极管D3，和电容C1,C2,Cout。控制中心发送驱动信号Drive1和Drive2分别控制Q1和Q2开关。当该优化器发生故障的时候，OUT+和OUT－通过旁路二极管D3直接导通。这种做法虽然能保证优化器串不断开而继续工作，但此时该故障优化器对应的光伏组件A和B不再发电，失去了和逆变器的连接，从而损失该光伏组件A和B的发电量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种光伏组件优化器，具备故障直通功能，使得在优化器发生故障的时候光伏组件被直接接入组串中，继续工作发电。
为解决上述技术问题，本发明提供一种光伏组件优化器，所述光伏组件优化器的输入侧分为A路和B路两个支路，分别与第一光伏组件A和第二光伏组件B相连接；
所述A路包括：
第一输入电容，并联于第一正输入端和第一负输入端之间，所述第一负输入端与所述优化器的负输出端相连接并共同接地；
第一开关管，其漏极端与所述第一正输入端相连接，其栅极端与第一驱动信号相连接；以及
第一二极管，其正极端与所述第一负输入端相连接，其负极端与所述第一开关管的源极端相连接；
所述B路包括：
第二输入电容，并联于第二正输入端和第二负输入端之间，所述第二正输入端与所述优化器的正输出端相连接；
第二开关管，其源极端与所述第二负输入端相连接，其栅极端与第二驱动信号相连接；以及
第二二极管，其正极端与所述第二开关管的漏极端相连接，其负极端与所述第二正输入端相连接；
所述光伏组件优化器还包括：
电感L，其一端与所述第一开关管的源极端相连接，其另一端与所述第二开关管的漏极端相连接；以及
输出电容，并联于所述正输出端和所述负输出端之间；
旁路二极管，其正极端与所述负输出端相连接，其负极端与所述正输出端相连接；
直通开关管，其源极端与所述第二负输入端相连接，其漏极端与所述第一正输入端相连接，其栅极端与直通开关信号相连接；
控制中心，用于发送所述第一驱动信号、所述第二驱动信号和所述直通开关信号。
根据本发明的一个实施例，所述光伏组件优化器还包括直通开关驱动电路，所述直通开关驱动电路的一端与所述直通开关管的栅极端相连接，所述直通开关驱动电路的另一端与所述控制中心连接。
根据本发明的一个实施例，所述光伏组件优化器还包括通信电路，所述通信电路连接所述直通开关驱动电路，所述通信电路能向所述直通开关驱动电路发送控制信号以驱动所述直通开关管通断。
根据本发明的一个实施例，所述直通开关管在自然状态下是导通的，所述直通开关信号驱动所述直通开关管断开。
根据本发明的一个实施例，所述第一开关管、所述第二开关管和所述直通开关管为NMOS管。
根据本发明的一个实施例，所述第一驱动信号和所述第二驱动信号相互交错。
本发明提出的一种光伏组件优化器具备故障直通功能，使得在优化器发生故障的时候光伏组件被直接接入组串中，继续工作发电。
附图说明
本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
图1为现有技术中的一种光伏组件优化器的光伏***的模块示意图；
图2为图1中的光伏组件优化器发生故障时的模块示意图；
图3为现有技术中的优化器的电路示意图；
图4为本发明的第一实施例的光伏组件优化器的电路示意图；
图5为本发明的第二实施例的光伏组件优化器的电路示意图；
图6为本发明的第三实施例的光伏组件优化器的电路示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和说明书附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。
图4为本发明的第一实施例的光伏组件优化器的电路示意图。需要注意的是，这些以及后续其他的附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。如图4所示，光伏组件优化器300的输入侧分为A路和B路两个支路(下半部分为A路，上半部分为B路)，分别与第一光伏组件A和第二光伏组件B相连接。
其中，该A路包括：第一输入电容Cin1、第一开关管Q1和第一二极管D1。第一输入电容Cin1并联于第一正输入端PV1+和第一负输入端PV1-之间，该第一负输入端PV1-与该优化器300的负输出端OUT-相连接并共同接地。第一开关管Q1可为NMOS管，其漏极端与该第一正输入端PV1+相连接，其栅极端与第一驱动信号Drive1相连接。第一二极管D1的正极端与该第一负输入端PV1-相连接，其负极端与该第一开关管Q1的源极端相连接。
该B路包括：第二输入电容Cin2、第二开关管Q2和第二二极管D2。第二输入电容Cin2并联于第二正输入端PV2+和第二负输入端PV2-之间，该第二正输入端PV2+与该优化器300的正输出端OUT+相连接。第二开关管Q2可以为NMOS管，其源极端与该第二负输入端PV2-相连接，其栅极端与第二驱动信号Drive2相连接。第二二极管D2的正极端与该第二开关管Q2的漏极端相连接，其负极端与该第二正输入端PV2+相连接。
另外，该优化器300还包括：电感L、输出电容Cout、旁路二极管D3、直通开关管Q3和控制中心310。电感L的一端与该第一开关管Q1的源极端相连接，其另一端与该第二开关管Q2的漏极端相连接。输出电容Cout并联于该正输出端OUT+和该负输出端OUT-之间。旁路二极管D3的正极端与负输出端OUT-相连接，其负极端与正输出端OUT+相连接。直通开关管Q3的源极端与第二负输入端PV2-相连接，其漏极端与第一正输入端PV1+相连接，其栅极端与直通开关信号Drive3相连接。控制中心310发送第一驱动信号Drive1、第二驱动信号Drive2和直通开关信号Drive3，分别控制第一开关管Q1、第二开关管Q2和直通开关管Q3。
本实施例提供的一种优化器是在图3中的现有技术的优化器基础上，在第二负输入端PV2-和第一正输入端PV1+之间加了一个直通开关管Q3，直通开关管Q3连接优化器的控制中心310。直通开关管Q3的自然状态是导通的，控制中心310可以发送直通开关信号Drive3给直通开关管Q3，使直通开关管Q3断开。在直通开关管Q3处于导通的自然状态时，使第二负输入端PV2-和第一正输入端PV1+短路。此时相当于光伏组件A和B串联后，再串联入组串。当优化器300电路有故障的时候，直通开关信号Drive3消失，直通开关管Q3保持导通的自然状态，从而使优化器进入到直通状态。当优化器300正常工作的时候，控制中心310产生断开直通开关管Q3的直通开关信号Drive3，使直通开关管Q3断路，也就是第二负输入端PV2-和第一正输入端PV1+开路。此时优化器300工作在正常的电力转换状态，使光伏组件A和B工作在最大功率点。直通开关信号Drive3设计为在优化器300刚上电就首先发送直通开关信号Drive3，断开直通开关管Q3，随后开始优化器300其他功能的运行。
图5为本发明的第二实施例的光伏组件优化器的电路示意图。与第一实施例的区别点在于，光伏组件优化器300还包括直通开关驱动电路320。直通开关驱动电路320一端与第三开关管Q3的栅极端相连接，直通开关驱动电路320的另一端与控制中心310连接。直通开关驱动电路320接收控制中心310的控制信号，并发送直通开关信号Drive3到直通开关管Q3。
同样的，直通开关管Q3的自然状态是导通的。控制中心310发送控制信号给直通开关驱动电路320，直通开关驱动电路320发送直通开关信号Drive3到直通开关管Q3，使直通开关管Q3断开。在直通开关管Q3处于导通的自然状态时，使第二负输入端PV2-和第一正输入端PV1+短路，这时候相当于光伏组件A和B串联后，再串联入组串。当优化器300电路有故障的时候，直通开关信号Drive3消失，直通开关驱动电路320不工作，直通开关管Q3保持导通的自然状态，从而使优化器300进入到直通状态。当优化器300正常工作的时候，直通开关驱动电路320发送直通开关信号Drive3到直通开关管Q3，使直通开关管Q3断路，也就是第二负输入端PV2-和第一正输入端PV1+开路，这时候优化器300工作在正常的电力转换状态，使光伏组件A和B工作在最大功率点。直通开关信号Drive3设计为在优化器300刚上电就首先发送直通开关信号Drive3，断开直通开关管Q3，随后开始优化器300其他功能的运行。
图6为本发明的第三实施例的光伏组件优化器的电路示意图。与第二实施例的区别点在于，光伏组件优化器还包括通信电路330，该通信电路330连接直通开关驱动电路320，该通信电路330能够获得外界的控制信号，直通开关驱动电路320接收通信电路330的控制信号，并发送直通开关信号Drive3到直通开关管Q3以驱动直通开关管Q3断开。
同样的，直通开关管Q3的自然状态是导通的。通信电路330发送控制信号给直通开关驱动电路320，直通开关驱动电路320发送直通开关信号Drive3到直通开关管Q3，使直通开关管Q3断开。在直通开关管Q3处于导通的自然状态时，使第二负输入端PV2-和第一正输入端PV1+短路。此时相当于光伏组件A和B串联后，再串联入组串。当优化器300的电路有故障的时候，直通开关信号Drive3消失，直通开关驱动电路320不工作，直通开关管Q3保持导通的自然状态，从而使优化器300进入到直通状态。当优化器300正常工作的时候，通信电路330发送控制信号给直通开关驱动电路320，直通开关驱动电路320发送直通开关信号Drive3到直通开关管Q3，使直通开关管Q3断路，也就是第二负输入端PV2-和第一正输入端PV1+开路，这时候优化器300工作在正常的电力转换状态，使光伏组件A+B工作在最大功率点。
带有优化器300的光伏***有一些安全要求，其中一个是在电弧出现的情况下，逆变器停机，光伏***里面的直流电压不能高于80V。在逆变器停机的时候，发送信号的控制中心310停止工作，此时直通开关管Q3处于导通状态，会使优化器的输出电压为两个光伏组件A和B的开路电压相加，可能会超过80V。这时候可以通过通信电路330能够接收外部信号，给直通开关驱动电路320发送控制信号，使直通开关管Q3断开。这样光伏组件A和B的输出和优化器的输出断开，优化器的输出电压很低，接近0V，可以满足光伏***直流电压限制的要求。
较佳地，第一开关管Q1、第二开关管Q2和直通开关管Q3为NMOS管。
较佳地，分别用于驱动该第一开关管Q1和该第二开关管Q2的该第一驱动信号Drive1和该第二驱动信号Drive2相互交错，而不是同步。采用交错的驱动信号，减小了电感上的电压和电流纹波，降低了电感的参数要求，也降低了功耗，提高了优化器的整体转换效率。
本发明上述实施例描述的光伏组件优化器，具备故障直通功能，使得在优化器发生故障的时候其对应的光伏组件被直接接入组串中继续工作发电，从而能够充分利用光伏组件的发电量。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种光伏组件优化器(300)，所述光伏组件优化器(300)的输入侧分为A路和B路两个支路，分别与第一光伏组件(A)和第二光伏组件(B)相连接；
所述A路包括：
第一输入电容(Cin1)，并联于第一正输入端(PV1+)和第一负输入端(PV1-)之间，所述第一负输入端(PV1-)与所述优化器(300)的负输出端(OUT-)相连接并共同接地；
第一开关管(Q1)，其漏极端与所述第一正输入端(PV1+)相连接，其栅极端与第一驱动信号(Drive1)相连接；以及
第一二极管(D1)，其正极端与所述第一负输入端(PV1-)相连接，其负极端与所述第一开关管(Q1)的源极端相连接；
所述B路包括：
第二输入电容(Cin2)，并联于第二正输入端(PV2+)和第二负输入端(PV2-)之间，所述第二正输入端(PV2+)与所述优化器(300)的正输出端(OUT+)相连接；
第二开关管(Q2)，其源极端与所述第二负输入端(PV2-)相连接，其栅极端与第二驱动信号(Drive2)相连接；以及
第二二极管(D2)，其正极端与所述第二开关管(Q2)的漏极端相连接，其负极端与所述第二正输入端(PV2+)相连接；
所述光伏组件优化器(300)还包括：
电感(L)，其一端与所述第一开关管(Q1)的源极端相连接，其另一端与所述第二开关管(Q2)的漏极端相连接；以及
输出电容(Cout)，并联于所述正输出端(OUT+)和所述负输出端(OUT-)之间；
旁路二极管(D3)，其正极端与所述负输出端(OUT-)相连接，其负极端与所述正输出端(OUT+)相连接；
直通开关管(Q3)，其源极端与所述第二负输入端(PV2-)相连接，其漏极端与所述第一正输入端(PV1+)相连接，其栅极端与直通开关信号(Drive3)相连接；
控制中心(310)，用于发送所述第一驱动信号(Drive1)、所述第二驱动信号(Drive2)和所述直通开关信号(Drive3)。
2.根据权利要求1所述的光伏组件优化器(300)，其特征在于，所述光伏组件优化器(300)还包括直通开关驱动电路(320)，所述直通开关驱动电路(320)的一端与所述直通开关管(Q3)的栅极端相连接以提供所述直通开关信号，所述直通开关驱动电路(320)的另一端与所述控制中心(310)连接。
3.根据权利要求2所述的光伏组件优化器(300)，其特征在于，所述光伏组件优化器(300)还包括通信电路(330)，所述通信电路(330)连接所述直通开关驱动电路(320)，所述通信电路(330)能向所述直通开关驱动电路(320)发送控制信号以驱动所述直通开关管(Q3)通断。
4.根据权利要求1至3任一所述的光伏组件优化器(300)，其特征在于，所述直通开关管(Q3)在自然状态下是导通的，所述直通开关信号(Drive3)驱动所述直通开关管(Q3)断开。
5.根据权利要求1所述的光伏组件优化器(300)，其特征在于，所述第一开关管(Q1)、所述第二开关管(Q2)和所述直通开关管(Q3)为NMOS管。
6.根据权利要求1所述的光伏组件优化器(300)，其特征在于，所述第一驱动信号(Drive1)和所述第二驱动信号(Drive2)相互交错。
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