CN105680793B - 一种光伏***的电压补偿装置及光伏*** - Google Patents

一种光伏***的电压补偿装置及光伏*** Download PDF

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Abstract

本发明提供一种光伏***的电压补偿装置及光伏***，其中电压补偿装置包括：串联连接的电流限定模块和补偿电源；或，该装置仅包括电流限定模块；电流限定模块包括至少一个限制电流单向导通的器件；该装置连接于变流器的输出端与地之间。该***包括：光伏阵列、变流器、变压器和电压补偿装置；变流器的输出端连接变压器的初级侧，变流器的输入端连接光伏阵列；电压补偿装置用于抬升或拉低变流器输出端的电压。由于限制电流单向导通的器件只允许电流向允许的方向流通，向相反的方向不能流通。因此，利用限制电流单向导通的器件，可以将变流器的输出电压的最低值或最高值钳位到补偿电源的电压或钳位到地。

Description

一种光伏***的电压补偿装置及光伏***
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种光伏***的电压补偿装置及光伏***。
背景技术
电势诱导衰减(PID，Potential Induced Degradation)是指某些类型的光伏电池板在特定对地电压下，由于电势诱导而表现出的输出特性衰减现象。PID效应会导致光伏***输出功率下降。
因此，为了防止或减弱PID效应，需要对光伏***的对地电压进行补偿，以使光伏电池板对地的偏压处于不产生PID效应的区域。
现有技术中在光伏***直流侧增加电压补偿装置，对于具有多台光伏逆变器在交流侧并联的光伏***，需要在每个光伏逆变器直流侧都增加一个该装置，因此成本较高，另外多个电压补偿装置之间可能存在环流，影响光伏***的可靠性。
因此，本领域技术人员需要提供一种光伏***的电压补偿装置，能够防止或减弱光伏电池板的PID效应。
发明内容
为了解决现有技术中光伏电池板存在的PID效应，本发明提供一种光伏***的电压补偿装置及光伏***，能够防止或减弱光伏电池板的PID效应。
本发明实施例提供一种光伏***的电压补偿装置，应用于光伏***中，所述光伏***包括：光伏阵列、变流器和变压器；所述变流器的输出端连接变压器的初级侧，所述变流器的输入端连接所述光伏阵列；
该装置包括：串联连接的电流限定模块和补偿电源；或，该装置仅包括电流限定模块；
所述电流限定模块包括至少一个限制电流单向导通的器件；
该装置连接于所述变流器的输出端与地之间。
优选地，当该装置包括：串联连接的电流限定模块和补偿电源时，
当所述光伏***为单相***时，该装置包括串联连接的一个电流限定模块和一个补偿电源；
当所述光伏***为三相***时，其中至少一相挂接该装置；
当一相挂接该装置时，该装置包括串联连接的一个电流限定模块和一个补偿电源；
当两相挂接该装置时，该装置包括两个电流限定模块和一个补偿电源，所述两个限定模块共用所述一个补偿电源；或，该装置包括两个电流限定模块和对应的两个补偿电源；
当三相挂接该装置时，该装置包括三个电流限定模块和一个补偿电源，所述三个电流限定模块共用所述一个补偿电源；或，该装置包括三个电流限定模块和三个补偿电源。
优选地，该装置还包括：与所述电流限定模块串联的限流模块；
所述限流模块至少包括以下一种：电阻和电感。
优选地，所述电流限定模块为以下中的任意一种：
二极管、MOSFET的体二极管、IGBT的反并联二极管、晶闸管和稳压二极管。
优选地，该装置还包括：稳压模块；
所述稳压模块与所述电流限定模块并联；
或，
所述电流限定模块与所述补偿电源串联后与所述稳压模块并联。
优选地，所述稳压模块包括电容。
优选地，当所述电流限定模块为二极管时；
所述二极管的阳极连接相电力线，所述二极管的阴极连接所述补偿电源；
或，
所述二极管的阴极连接相电力线，所述二极管的阳极连接所述补偿电源。
优选地，当所述***为三相且三相挂接两组该装置时，该装置包括以下两组所述电流限定模块：第一组电流限定模块和第二组电流限定模块；
所述第一组电流限定模块包括三个第一二极管，每个所述第一二极管 的阳极分别连接对应的相电力线，每个所述第一二极管的阴极连接所述补偿电源；
所述第二组电流限定模块包括三个第二二极管，每个所述第二二极管的阴极分别连接对应的相电力线，每个所述第二二极管的阳极连接所述补偿电源。
优选地，当所述限流模块为电阻时，所述限流模块包括第一限流电阻和第二限流电阻；
所述第一电流限定模块通过所述第一限流电阻连接所述补偿电源；
所述第二电流限定模块通过所述第二限流电阻连接所述补偿电源。
优选地，还包括浪涌防护电路；
所述浪涌防护电路与所述电流限定模块串联；
或，
所述浪涌防护电路连接在所述变流器的输出端与所述变压器的输入端之间。
本发明还提供一种光伏***，包括：光伏阵列、变流器、变压器和所述的电压补偿装置；
所述变流器的输出端连接变压器的初级侧，所述变流器的输入端连接所述光伏阵列；
所述电压补偿装置用于抬升或拉低所述变流器输出端的电压。
与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：
在变流器的输出端通过限制电流单向导通的器件连接补偿电源。由于限制电流单向导通的器件只允许电流向允许的方向流通，向相反的方向不能流通。因此，利用限制电流单向导通的器件，可以将变流器的输出电压的最低值或最高值钳位到补偿电源的电压或钳位到地。本发明有效利用了限制电流单向导通的器件的钳位功能，从而抬升或拉低变流器的输出电压，对光伏***对地的电压进行补偿，起到防止PID的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技 术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明提供的三相光伏***的电压补偿装置示意图；
图2为本发明提供的单相光伏***的电压补偿装置示意图；
图3为本发明提供的电压补偿装置实施例二的一种示意图；
图4为本发明提供的电压补偿装置实施例二的另一种示意图；
图5为本发明提供的电压补偿装置实施例三示意图；
图6为本发明提供的电压补偿装置实施例四的一种示意图；
图7为本发明提供的电压补偿装置实施例四的另一种示意图；
图8为本发明提供的电压补偿装置实施例五的第一种示意图；
图9为本发明提供的电压补偿装置实施例五的第二种示意图；
图10为本发明提供的电压补偿装置实施例五的第三种示意图；
图11为本发明提供的电压补偿装置实施例五的第四种示意图；
图12为本发明提供的电压补偿装置实施例五的第五种示意图；
图13为本发明提供的电压补偿装置实施例五的第六种示意图；
图14为本发明提供的电压补偿装置实施例六示意图；
图15a为本发明提供的电压补偿装置实施例七的一种示意图；
图15b为本发明提供的电压补偿装置实施例七的另一种示意图；
图16是本发明提供的电压补偿装置实施例八示意图；
图17是本发明提供的光伏***实施例示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
参见图1，该图为本发明提供的三相光伏***的电压补偿装置示意图。
本实施例提供的电压补偿装置应用于光伏***中，所述光伏***包括： 光伏阵列PV、变流器100和变压器200；所述变流器100的输出端连接变压器200的初级侧，所述变流器100的输入端连接所述光伏阵列PV；
该装置包括：串联连接的电流限定模块300和补偿电源400；或，该装置仅包括电流限定模块300。
可以理解的是，当该装置包括电流限定模块300和补偿电源400时，相当于所述变流器100的输出端与地之间具有预设电压的电位，该预设电压由所述补偿电源400提供。
所述电流限定模块300包括至少一个限制电流单向导通的器件；
该装置连接于所述变流器100的输出端与地PE之间。
需要说明的是，图1所示的光伏***为三相。本实施例提供的方案也可以应用于图2所示的光伏***为单相的情况。
图1所示的光伏***是单个变流器，可以理解的是，也可以包括多个变流器，多个变流器的输出端并联在一起。每个变流器的输入端分别连接独立的光伏阵列。
光伏阵列包括多个光伏电池板串并联在一起。
图1所示的三相光伏***，至少一相挂接该装置，即，可以一相挂接该装置，也可以两相挂接该装置，也可以三相挂接该装置。图1中是一相挂接该装置。
本发明提供的光伏***的电压补偿装置，在变流器的输出端通过限制电流单向导通的器件连接补偿电源。由于限制电流单向导通的器件只允许电流向允许的方向流通，向相反的方向不能流通。因此，利用限制电流单向导通的器件，可以将变流器的输出电压的最低值或最高值钳位到补偿电源的电压或钳位到地。本发明有效利用了限制电流单向导通的器件的钳位功能，从而抬升或拉低变流器的输出电压，对光伏***对地的电压进行补偿，起到防止PID的目的。
并且，本发明提供的电压补偿装置，对光伏***的变压器的结构没有任何要求，可以为带有中心抽头的变压器，也可以为不带有中心抽头的变压器。
以下实施例以该装置包括串联连接的电流限定模块300和补偿电源400为例进行介绍。当所述光伏***为单相***时，该装置包括串联连接 的一个电流限定模块和一个补偿电源；
当所述光伏***为三相***时，其中至少一相挂接该装置；
当一相挂接该装置时，该装置包括串联连接的一个电流限定模块和一个补偿电源；
当两相挂接该装置时，该装置包括两个电流限定模块和一个补偿电源，所述两个限定模块共用所述一个补偿电源；或，该装置包括两个电流限定模块和对应的两个补偿电源；
可以理解的是，共用一个补偿电源时可以节省电源。
当三相挂接该装置时，该装置包括三个电流限定模块和一个补偿电源，所述三个电流限定模块共用所述一个补偿电源；或，该装置包括三个电流限定模块和三个补偿电源。
实施例二：
下面以三相光伏***为例进行介绍，可以理解的是，单相光伏***中的电压补偿装置与三相光伏***中的只有一相挂接电压补偿装置时的情况完全相同，在此不再单独对单相光伏***进行介绍。
需要说明的是，所述电流限定模块为以下中的任意一种：
二极管、MOSFET的体二极管、IGBT的反并联二极管、晶闸管和稳压二极管。
下面以电流限定模块为二极管为例进行介绍，可以理解的是，二极管具有单向导通的特性。
参见图3，该图为本发明提供的电压补偿装置实施例二示意图。
图3所示的装置为应用于三相光伏***，但是仅在三相光伏***中的一相挂接该电压补偿装置。
可以看出，二极管D的阴极连接W相电力线，二极管D的阳极通过补偿电源400接地。通过二极管的钳位作用，使变流器W相输出的最低电压不低于补偿电源400的输出电压，进而达到改变整个光伏***对地电压的作用。作为典型应用，此实施例适用于抬升光伏***对地电压的场合。补偿电源输出电压为正，由于二极管的钳位作用，光伏***对地电压相当于被抬升了(补偿电源输出电压+交流相电压峰值)的大小。
对应地如图4所示，二极管的阳极连接W相电力线，二极管D的阴极通过补偿电源400接地。通过二极管的钳位作用，使变流器W相输出的最高电压不高于补偿电源的输出电压，进而达到改变整个光伏***对地电压的作用。作为典型应用，此实施例适用于拉低光伏***对地电压的场合。补偿电源输出电压为负，由于二极管的钳位作用，光伏***对地电压相当于被拉低了(补偿电源输出电压-交流相电压峰值)的大小。
实施例三：
参见图5，该图为本发明提供的电压补偿装置实施例三示意图。
本实施例提供的电压补偿装置，还包括：与所述电流限定模块串联的限流模块；
所述限流模块至少包括以下一种：电阻和电感。
可以理解的是，限流模块可以仅为电阻，或者仅为电感，也可以为电阻和电感的串联，也可以为电阻和电感的并联，也可以为电阻和电感的串并联。
本实施例中设置限流模块的作用主要是抑制光伏***从该装置上流经的漏电流大小；另外也可以在电压补偿装置刚接入光伏***时抑制瞬态过电流；或在光伏***对大地阻抗过低时，防止补偿电源输出电流过大。
另外，本发明实施例提供的电压补偿装置还可以包括开关或熔丝。开关和熔丝均是在出现意外情况时，进行保护。开关和熔丝均与二极管和补偿电源串联连接。
例如，熔丝是在过流时能够熔断及时起到保护作用。而开关是在电流较大时跳脱或者在电压补偿装置上电之前与光伏***保持断开的状态。
如图5所示，限流模块为电阻R时，二极管D的阴极连接W相电力线，二极管D的阳极通过串联的电阻R和补偿电源400接地。
实施例四：
参见图6，该图为本发明提供的光伏***的电压补偿装置实施例四示意图。
本实施例提供的光伏***的电压补偿装置，还包括：稳压模块；以增 加对光伏***所补偿的电压的稳定性。
所述稳压模块与所述电流限定模块并联；
或，
所述电流限定模块与所述补偿电源串联后与所述稳压模块并联。
所述稳压模块包括电容。
需要说明的是，所述电容的个数可以与所述限制电流单向导通的器件的个数相同，也可以不相同。
如图6所示，电流限定模块仍以二极管、稳压模块以电容为例进行介绍。电容C并联在二极管D的两端(即并联在电流限定模块的两端)。
另外，还有一种实现方式，如图7所示，电容C并联在整个电压补偿装置的两端，即二极管D与补偿电源400串联后再与电容C并联。
需要说明的是，本发明提供的装置添加电容C会起到减小光伏***对地电压纹波的作用，但是如果光伏***自身对地Y电容足够大时，可以不使用图6中的电容C。
可以理解的是，这个电容C也可以由光伏***自身具备的对地电容(通常称为Y电容)代替。
图3-图7均是以三相光伏***的一相挂接该电压补偿装置，下面介绍三相均挂接该电压补偿装置时的实现方式。
实施例五：
参见图8，该图为本发明提供的电压补偿装置实施例五示意图。
图8所示的是二极管的阴极连接相电力线，二极管的阳极通过补偿电源400接地，即D1连接U相电力线，D2连接V相电力线，D3连接W相电力线。图8所示的是抬升光伏***中变流器输出电压对地电压的场合。
类似地，图9是二极管的阳极连接相电力线，二极管的阴极通过补偿电源400接地。图9所示的是拉低光伏***中变流器输出电压对地电压的场合。
另外，与图5类似，参见图10，三相均挂接该装置时，可以三个二极管对应同一个电阻R，电阻R实现限流作用。同理，三个二极管也对应同一个补偿电源。可以理解的是，三个二极管可以分别串联一个电阻，如图 11所示，但是图11中三个二极管还是对应同一个补偿电源，可以理解的是，三个二极管可以分别串联一个补偿电源。需要说明的是，为了电压抬升的效果较好，优选三个二极管分别串联的补偿电源的电压均相等。
另外，对应图6，参见图12，每相对应的二极管(电流限定模块)两端并联一个电容(稳压模块)。对应图7，参见图13，电容的一端连接相电力线，电容的另一端接地(二极管与补偿电源串联后再与电容并联)。
实施例六：
参见图14，该图为本发明提供的光伏***的电压补偿装置实施例六示意图。
以上实施例中仅包括一组电流限定模块，而本实施例中包括两组电流限定模块，作用是增大可调压的范围。
如图14所示，当所述***为三相且三相挂接两组该装置时，该装置包括以下两组所述电流限定模块：第一组电流限定模块D11和第二组电流限定模块D22；
所述第一组电流限定模块D11包括三个第一二极管，每个所述第一二极管的阳极分别连接对应的相电力线，每个所述第一二极管的阴极连接所述补偿电源400；
所述第二组电流限定模块D22包括三个第二二极管，每个所述第二二极管的阴极分别连接对应的相电力线，每个所述第二二极管的阳极连接所述补偿电源。
当所述限流模块为电阻时，所述限流模块包括第一限流电阻R1和第二限流电阻R2；
所述第一电流限定模块D11通过所述第一限流电阻R1连接所述补偿电源；
所述第二电流限定模块D22通过所述第二限流电阻R2连接所述补偿电源。
D22用于抬升电压的场合，D11用于拉低电压的场合，两个一起应用可以用于选择抬升或者拉低电压的场合。如图 D11和D22还串联有限流模块，即电阻。可以通过改变两个电阻R1和R2的比例，调节对地电压是抬升还是拉低。
另外，如果D11和D22还串联有开关，则可以根据实际光伏***采用的光伏电池板，控制对应的开关闭合，另一个开关断开，选择抬升或拉低光伏***的对地电压。
需要说明的是，图14中，每组二极管串联了同一个电阻，另外，可以每个二极管串联一个电阻，即第一组电流限定模块对应三个电阻，第二组电流限定模块对应三个电阻，在此不再具体对应图示。
需要说明的是，图14中必须存在R1和R2，否则，D11和D22会通过二极管将三相电网短路。
实施例七：
参见图15a和图15b，该图为本发明提供的光伏***的电压补偿装置实施例七示意图。
本实施例提供的电压补偿装置，还包括浪涌防护电路500；由于电压补偿装置靠近电网，考虑到电网侧浪涌的影响，因此设置浪涌防护电路。
所述浪涌防护电路500与所述电流限定模块300串联；如图15a所示。
或，
所述浪涌防护电路500连接在所述变流器100的输出端与所述变压器200的输入端之间，如图15b所示。在这种情况下，浪涌防护电路可以用变流器所具有的浪涌防护电路代替。
可以理解的是，浪涌防护电路的内部结构可以使用现有技术中的任何能够起到防护浪涌的电路。
需要说明的是，本发明提供的电压补偿装置，基本包括电流限定模块和补偿电源即可，其他的模块可以根据需要选择添加，例如：限流模块、稳压模块、浪涌防护电路等。
实施例八：
参见图16，该图为本发明提供的光伏***的电压补偿装置实施例八示意图。
本实施例提供的电压补偿装置仅包括电流限定模块，变流器的输出端通过电流限定模块直接接地，即不包括补偿电源。这种不包括补偿电源的 电压补偿装置适用于功率比较小的光伏***。
可以理解的是，以上实施例中的限流模块和稳压模块同样适用于图16所示的不包括补偿电源的情况，在此不再一一赘述。
另外，图16对应的是抬升光伏***对地电压的场合。
***实施例：
参见图17，该图为本发明提供的光伏***实施例示意图。
本实施例提供的光伏***，包括：光伏阵列PV、变流器100、变压器200和所述的电压补偿装置；
所述变流器的输出端连接变压器的初级侧，所述变流器的输入端连接所述光伏阵列；
所述电压补偿装置用于抬升或拉低所述变流器输出端的电压。
图17所示的电压补偿装置包括串联的电流限定装置300和补偿电源400。
可以理解的是，电压补偿装置还可以仅包括电流限定装置300，不包括补偿电源400。
需要说明的是，以上实施例中的电压补偿装置的实现方式均可以适用于该光伏***中，在此不再一一赘述。
另外，图17所示的光伏***为多个变流器的输出端并联在一起的光伏***，每个变流器的输入端连接有单独的光伏阵列，图17中有的变流器的光伏阵列未示出。可以理解的是，该光伏***也可以仅包括一个变流器。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。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做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (11)

1.一种光伏***的电压补偿装置，其特征在于，应用于光伏***中，所述光伏***包括：光伏阵列、变流器和变压器；所述变流器的输出端连接变压器的初级侧，所述变流器的输入端连接所述光伏阵列；
该装置包括：串联连接的电流限定模块和补偿电源；或，该装置仅包括电流限定模块；
所述电流限定模块包括至少一个限制电流单向导通的器件；
该装置连接于所述变流器的输出端相线与地之间。
2.根据权利要求1所述的光伏***的电压补偿装置，其特征在于，当该装置包括：串联连接的电流限定模块和补偿电源时，
当所述光伏***为单相***时，该装置包括串联连接的一个电流限定模块和一个补偿电源；
当所述光伏***为三相***时，其中至少一相挂接该装置；
当一相挂接该装置时，该装置包括串联连接的一个电流限定模块和一个补偿电源；
当两相挂接该装置时，该装置包括两个电流限定模块和一个补偿电源，所述两个限定模块共用所述一个补偿电源；或，该装置包括两个电流限定模块和对应的两个补偿电源；
当三相挂接该装置时，该装置包括三个电流限定模块和一个补偿电源，所述三个电流限定模块共用所述一个补偿电源；或，该装置包括三个电流限定模块和三个补偿电源。
3.根据权利要求2所述的光伏***的电压补偿装置，其特征在于，该装置还包括：与所述电流限定模块串联的限流模块；
所述限流模块至少包括以下一种：电阻和电感。
4.根据权利要求2所述的光伏***的电压补偿装置，其特征在于，所述电流限定模块为以下中的任意一种：
二极管、MOSFET的体二极管、IGBT的反并联二极管、晶闸管和稳压二极管。
5.根据权利要求2-4任一项所述的光伏***的电压补偿装置，其特征在于，该装置还包括：稳压模块；
所述稳压模块与所述电流限定模块并联；
或，
所述电流限定模块与所述补偿电源串联后与所述稳压模块并联。
6.根据权利要求5所述的光伏***的电压补偿装置，其特征在于，所述稳压模块包括电容。
7.根据权利要求6所述的光伏***的电压补偿装置，其特征在于，当所述电流限定模块为二极管时；
所述二极管的阳极连接相电力线，所述二极管的阴极连接所述补偿电源；
或，
所述二极管的阴极连接相电力线，所述二极管的阳极连接所述补偿电源。
8.根据权利要求3所述的光伏***的电压补偿装置，其特征在于，当所述***为三相且三相挂接两组该装置时，该装置包括以下两组所述电流限定模块：第一组电流限定模块和第二组电流限定模块；
所述第一组电流限定模块包括三个第一二极管，每个所述第一二极管的阳极分别连接对应的相电力线，每个所述第一二极管的阴极连接所述补偿电源；
所述第二组电流限定模块包括三个第二二极管，每个所述第二二极管的阴极分别连接对应的相电力线，每个所述第二二极管的阳极连接所述补偿电源。
9.根据权利要求8所述的光伏***的电压补偿装置，其特征在于，当所述限流模块为电阻时，所述限流模块包括第一限流电阻和第二限流电阻；
所述第一组电流限定模块通过所述第一限流电阻连接所述补偿电源；
所述第二组电流限定模块通过所述第二限流电阻连接所述补偿电源。
10.根据权利要求5所述的光伏***的电压补偿装置，其特征在于，还包括浪涌防护电路；
所述浪涌防护电路与所述电流限定模块串联；
或，
所述浪涌防护电路连接在所述变流器的输出端与所述变压器的输入端之间。
11.一种光伏***，其特征在于，包括：光伏阵列、变流器、变压器和权利要求1-10任一项所述的电压补偿装置；
所述变流器的输出端连接变压器的初级侧，所述变流器的输入端连接所述光伏阵列；
所述电压补偿装置用于抬升或拉低所述变流器输出端的电压。
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