CN107104461A - 一种光伏发电*** - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种光伏发电***，包括DC/AC变换器和具有MPPT功能的DC/DC变换器，所述DC/DC变换器的输入侧接光伏阵列，所述DC/DC变换器的输出侧接所述DC/AC变换器的直流侧，所述DC/AC变换器的交流侧接入电网，其中：所述DC/AC变换器为高增益DC/AC变换器，并且所述DC/DC变换器为隔离型DC/DC变换器；或者，所述DC/AC变换器为高增益隔离型DC/AC变换器；或者，所述DC/DC变换器为高增益隔离型DC/DC变换器。本申请提高了光伏发电***的电压等级。

Description

一种光伏发电***
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，更具体地说，涉及一种光伏发电***。
背景技术
高额的光伏发电成本始终是制约光伏产业迅速发展的障碍之一，如何有效降低光伏发电成本仍将是未来光伏产业发展的核心课题，而更高电压等级的光伏发电***意味着更低的光伏发电成本，所以建立更高电压等级的光伏发电***将是解决问题的关键。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种光伏发电***，以提高光伏发电***的电压等级。
一种光伏发电***，包括DC/AC变换器和具有MPPT功能的DC/DC变换器，所述DC/DC变换器的输入侧接光伏阵列，所述DC/DC变换器的输出侧接所述DC/AC变换器的直流侧，所述DC/AC变换器的交流侧接入电网，其中：
所述DC/AC变换器为高增益DC/AC变换器，并且所述DC/DC变换器为隔离型DC/DC变换器；
或者，所述DC/AC变换器为高增益隔离型DC/AC变换器；
或者，所述DC/DC变换器为高增益隔离型DC/DC变换器。
其中，所述高增益DC/AC变换器的每相包括多个DC/AC单元，每相中的各DC/AC单元的输入侧并联、输出侧级联。
或者，所述隔离型DC/DC变换器采用单级式DC/DC拓扑，包括：多个隔离型DC/DC变换单元，各隔离型DC/DC变换单元的输入侧接独立的光伏阵列、输出侧级联。
其中，所述隔离型DC/DC变换器采用单级式DC/DC拓扑，包括：多个隔离型DC/DC变换单元，各隔离型DC/DC变换单元的输入侧接独立的光伏阵列、输出侧并联。
或者，所述隔离型DC/DC变换器采用两级式DC/DC拓扑，包括：多个前级DC/DC单元和一个后级DC/DC单元，各前级DC/DC单元的输入侧接独立的光伏阵列、输出侧级联后接入所述后级DC/DC单元的输入侧，所述后级DC/DC单元的输出侧接直流母线；
各前级DC/DC单元均具备MPPT功能，所述后级DC/DC单元具备隔离功能。
其中，所述隔离型DC/DC变换器采用两级式DC/DC拓扑，包括：多个前级DC/DC单元和一个后级DC/DC单元，各前级DC/DC单元的输入侧接独立的光伏阵列、输出侧并联后接入所述后级DC/DC单元的输入侧，所述后级DC/DC单元的输出侧接直流母线；
各前级DC/DC单元均具备MPPT功能，所述后级DC/DC单元具备隔离功能。
其中，所述高增益隔离型DC/AC变换器的每相包括多个DC/AC单元，每相中的各DC/AC单元的输入侧并联、输出侧级联；所述DC/AC单元为隔离型DC/AC单元。
其中，所述高增益隔离型DC/DC变换器采用单级式拓扑，包括：多个隔离型DC/DC单元，各隔离型DC/DC单元的输入侧接独立的光伏阵列、输出侧级联。
其中，所述高增益隔离型DC/DC变换器采用两级式拓扑，包括多个前级DC/DC单元和M个后级DC/DC模块，M为正整数，具体的：
各前级DC/DC单元的输入侧接独立的光伏阵列，输出侧并联后接入任一个后级DC/DC模块；
每一个后级DC/DC模块包括多个后级DC/DC单元，各后级DC/DC单元的输入侧并联、输出侧级联；
当M＞1时，各后级DC/DC模块的输入侧并联、输出侧并联。
其中，所述光伏发电***包括多个如上述公开的采用两级式拓扑的高增益隔离型DC/DC变换器，而且M＞1，各高增益隔离型DC/DC变换器的输出侧并联。
相较于传统的低压光伏发电***，更高电压等级的光伏发电***需要能够实现MPPT、逆变、升压以及隔离功能。从上述的技术方案可以看出，本发明公开的光伏发电***利用DC/DC变换器实现MPPT功能，利用DC/AC变换器控制直流侧电压并且实现逆变并网功能，通过提高DC/DC变换器或DC/AC变换器的电压增益来实现升压功能，至于隔离功能可以在DC/DC变换器中实现也可以在DC/AC变换器中实现，从而完成了对更高电压等级的光伏发电***的建立。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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他的附图。
图1为本发明实施例公开的一种光伏发电***结构示意图；
图2为本发明实施例公开的一种高增益DC/AC变换器结构示意图；
图3为本发明实施例公开的一种DC/AC单元结构示意图；
图4为本发明实施例公开的一种隔离型DC/DC变换器结构示意图；
图5为本发明实施例公开的又一种隔离型DC/DC变换器结构示意图；
图6为本发明实施例公开的又一种隔离型DC/DC变换器结构示意图；
图7为本发明实施例公开的又一种隔离型DC/DC变换器结构示意图；
图8为本发明实施例公开的一种高增益隔离型DC/DC变换器结构示意图；
图9为本发明实施例公开的又一种高增益隔离型DC/DC变换器结构示意图；
图10为本发明实施例公开的一种具备多个如图9所示高增益隔离型DC/DC变换器的光伏发电***结构示意图。
具体实施方式
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。
参见图1，本发明实施例公开了一种光伏发电***，以提高光伏发电***的电压等级，该光伏发电***包括DC/AC变换器300和具有MPPT(Maximum Power Point Tracking，最大功率点跟踪)功能的DC/DC变换器200；
DC/DC变换器200的输入侧接光伏阵列100，DC/DC变换器200的输出侧接DC/AC变换器300的直流侧，DC/AC变换器300的交流侧接入电网；
其中，DC/AC变换器200和/或DC/DC变换器300的具体类型可采用以下三种中的任一种：
1)DC/AC变换器300为高增益DC/AC变换器，并且DC/DC变换器200为隔离型DC/DC变换器；
2)DC/AC变换器300为高增益隔离型DC/AC变换器；
3)DC/DC变换器200为高增益隔离型DC/DC变换器。
与传统的低压光伏发电***相比，本实施例公开的光伏发电***输出电压等级高，所以需要对光伏侧与高压侧进行隔离。相较于低压光伏发电***，更高电压等级的光伏发电***需要能够实现MPPT、逆变、升压以及隔离功能。由以上对图1的相关描述可知，本实施例公开的光伏发电***利用DC/DC变换器200实现MPPT功能，利用DC/AC变换器300控制直流侧电压并且实现逆变并网功能，通过提高DC/DC变换器200或DC/AC变换器300的电压增益来实现升压功能，至于隔离功能可以在DC/DC变换器200中实现也可以在DC/AC变换器300中实现，从而完成了对更高电压等级的光伏发电***的建立。
也就是说，本实施例公开的光伏发电***，可以是将逆变、升压功能在DC/AC变换器300中实现，将MPPT、隔离功能在DC/DC变换器200中实现，参见上述1)；也可以是将逆变、升压以及隔离功能在DC/AC变换器300中实现，将MPPT功能在DC/DC变换器200中实现，参见上述2)；也可以是将逆变功能在DC/AC变换器300中实现，将MPPT、升压以及隔离功能在DC/DC变换器200中实现，参见上述3)。这里需要说明的是，当某一功能已在DC/DC变换器200和DC/AC变换器300中的一个中实现，另一个仅是没有必要实现而非禁止实现该功能，举例说明，在上述2)中，由于DC/AC变换器300已经实现了隔离功能，因此DC/DC变换器200可以采用非隔离型也可以采用隔离型，为节省成本，采用非隔离型即可。
其中，所述高增益DC/AC变换器的结构如图2所示：所述高增益DC/AC变换器的每相包括n个DC/AC单元，n为正整数，每相中的各DC/AC单元的输入侧并联、输出侧级联(图2中仅示出了A相中各DC/AC单元间的连接关系，B、C相同理可得)。单个DC/AC单元可采用典型的全桥逆变拓扑，其拓扑图请参见图3。
在图2中，由于每相中的各DC/AC单元的输出侧级联，所以每相中的各DC/AC单元的输出电压之和就等于本相总的电压输出，从而实现了高压交流输出。在应用时可以直接将图2所示高增益DC/AC变换器与高压交流电网连接，无需再额外引入变压器等升压设备。
可选地，图2所示高增益DC/AC变换器在整机控制上，还需要配置一个主控单元(图中未示出)，用于实现图2所示高增益DC/AC变换器相间与相内平衡。
所述隔离型DC/DC变换器可以采用单级式DC/DC拓扑，也可以采用两级式DC/DC拓扑。光伏阵列输出电压范围宽，单级式宽增益隔离型DC/DC变换器一般效率较低，但是成本较低；两级式宽增益隔离型DC/DC变换器中的前级DC/DC单元不具备隔离功能、仅实现MPPT功能，后级DC/DC单元实现隔离功能，可对其设计进行优化以实现较高的效率，但是成本较高，在实际应用时可以根据具体情况择优选择究竟采用哪种拓扑的隔离型DC/DC变换器。
下面分别给出单级式DC/DC拓扑和两级式DC/DC拓扑下所述隔离型DC/DC的具体结构，如图4～图7所示。
如图4所示，当采用单级式DC/DC拓扑时，所述隔离型DC/DC变换器包括多个隔离型DC/DC变换单元，各隔离型DC/DC变换单元的输入侧接独立的光伏阵列、输出侧级联。图4中的隔离型DC/DC变换单元是指兼具MPPT功能及隔离功能的单元。
或者，如图5所示，当采用单级式DC/DC拓扑时，所述隔离型DC/DC变换器包括多个隔离型DC/DC变换单元，各隔离型DC/DC变换单元的输入侧接独立的光伏阵列、输出侧并联。图5中的隔离型DC/DC变换单元是指兼具MPPT功能及隔离功能的单元。
如图6所示，当采用两级式DC/DC拓扑时，所述隔离型DC/DC变换器包括多个前级DC/DC单元和一个后级DC/DC单元，各前级DC/DC单元的输入侧接独立的光伏阵列、输出侧级联后接入所述后级DC/DC单元的输入侧，所述后级DC/DC单元的输出侧接直流母线。图6中，各前级DC/DC单元均具备MPPT功能，所述后级DC/DC单元具备隔离功能。
或者，如图7所示，当采用两级式DC/DC拓扑时，所述隔离型DC/DC变换器包括多个前级DC/DC单元和一个后级DC/DC单元，各单级式隔离型DC/DC变换单元输入侧接独立的光伏阵列、输出侧并联接入所述后级DC/DC单元的输入侧，所述后级DC/DC单元的输出侧接直流母线。图7中，各前级DC/DC单元均具备MPPT功能，所述后级DC/DC单元具备隔离功能。
由于地势以及光照原因，光伏阵列中各光伏组件工作状况会存在不一致的现象，图4～图7便是针对不同环境条件进行设计的，具体的：图4和图6所示结构主要应用于山区等光照不均匀的地区，每个隔离型DC/DC变换单元或前级DC/DC单元所对应的单个光伏组件中包含的光伏组件的总个数设置的较少，以实现最大限度提高光伏能源利用率；图5和图7所示结构主要应用于平原等光照均匀的地区，每个隔离型DC/DC变换单元或前级DC/DC单元所对应的单个光伏组件中包含的光伏组件的总个数设置的较多，既不会影响光伏能源利用率，又能节省成本。
其中，所述高增益隔离型DC/AC变换器的每相包括多个DC/AC单元，每相中的各DC/AC单元的输入侧并联、输出侧级联，以实现升压功能。在此基础上，为实现隔离功能，每相中单个DC/AC单元采用隔离型DC/AC单元。
当所述DC/AC变换器为高增益隔离型DC/AC变换器时，所述DC/DC变换器只需采用单级非隔离DC/DC变换器(如典型的buck变换器、boost变换器或buck-boost变换器)即可，但并不局限。
其中，所述高增益隔离型DC/DC变换器可以采用单级式拓扑，也可以采用两级式拓扑。
当采用单级式拓扑时，如图8所示，所述高增益隔离型DC/DC变换器包括多个隔离型DC/DC单元，各隔离型DC/DC单元的输入侧接独立的光伏阵列、输出侧级联以产生高增益。图8中的隔离型DC/DC单元是指兼具MPPT功能及隔离功能的单元。
当采用两级式拓扑时，如图9所示，所述高增益隔离型DC/DC变换器包括多个前级DC/DC单元和M个后级DC/DC模块，M为正整数，其中：
各前级DC/DC单元的输入侧接独立的光伏阵列，输出侧并联接入任一个后级DC/DC模块；每一个后级DC/DC模块包括多个后级DC/DC单元，各后级DC/DC单元的输入侧并联、输出侧级联以产生高增益；当M＞1时，各后级DC/DC模块输入侧并联、输出侧并联，以实现冗余设计，其中当***发电量较少时，可以关闭部分后级DC/DC单元，以提高***效率。
如图10所示，本实施例以一个光伏发电***中具有多个如图9所示的高增益隔离型DC/DC变换器作为优选(其中M＞1)，图10仅以具备两个这样的高增益隔离型DC/DC变换器作为示例，各高增益隔离型DC/DC变换器的输出侧并联，此时实现了直流母线的冗余设计，提高了***可靠性。
另外需要说明的是，当DC/DC变换器采用高增益隔离型DC/DC变换器时，DC/AC变换器由于输入电压非常高，单个拓扑无法实现功率转换，需要采用MMC(模块化多电平技术)结构实现高压逆变。
综上所述，本发明公开的光伏发电***利用DC/DC变换器实现MPPT功能，利用DC/AC变换器控制直流侧电压并且实现逆变并网功能，通过提高DC/DC变换器或DC/AC变换器的电压增益来实现升压功能，至于隔离功能可以在DC/DC变换器中实现也可以在DC/AC变换器中实现，从而完成了对更高电压等级的光伏发电***的建立。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种光伏发电***，其特征在于，包括DC/AC变换器和具有MPPT功能的DC/DC变换器，所述DC/DC变换器的输入侧接光伏阵列，所述DC/DC变换器的输出侧接所述DC/AC变换器的直流侧，所述DC/AC变换器的交流侧接入电网，其中：
所述DC/AC变换器为高增益DC/AC变换器，并且所述DC/DC变换器为隔离型DC/DC变换器；
或者，所述DC/AC变换器为高增益隔离型DC/AC变换器；
或者，所述DC/DC变换器为高增益隔离型DC/DC变换器。
2.根据权利要求1所述的光伏发电***，其特征在于，所述高增益DC/AC变换器的每相包括多个DC/AC单元，每相中的各DC/AC单元的输入侧并联、输出侧级联。
3.根据权利要求1或2所述的光伏发电***，其特征在于，所述隔离型DC/DC变换器采用单级式DC/DC拓扑，包括：多个隔离型DC/DC变换单元，各隔离型DC/DC变换单元的输入侧接独立的光伏阵列、输出侧级联。
4.根据权利要求1或2所述的光伏发电***，其特征在于，所述隔离型DC/DC变换器采用单级式DC/DC拓扑，包括：多个隔离型DC/DC变换单元，各隔离型DC/DC变换单元的输入侧接独立的光伏阵列、输出侧并联。
5.根据权利要求1或2所述的光伏发电***，其特征在于，所述隔离型DC/DC变换器采用两级式DC/DC拓扑，包括：多个前级DC/DC单元和一个后级DC/DC单元，各前级DC/DC单元的输入侧接独立的光伏阵列、输出侧级联后接入所述后级DC/DC单元的输入侧，所述后级DC/DC单元的输出侧接直流母线；
其中，各前级DC/DC单元均具备MPPT功能，所述后级DC/DC单元具备隔离功能。
6.根据权利要求1或2所述的光伏发电***，其特征在于，所述隔离型DC/DC变换器采用两级式DC/DC拓扑，包括：多个前级DC/DC单元和一个后级DC/DC单元，各前级DC/DC单元的输入侧接独立的光伏阵列、输出侧并联后接入所述后级DC/DC单元的输入侧，所述后级DC/DC单元的输出侧接直流母线；
其中，各前级DC/DC单元均具备MPPT功能，所述后级DC/DC单元具备隔离功能。
7.根据权利要求1所述的光伏发电***，其特征在于，所述高增益隔离型DC/AC变换器的每相包括多个DC/AC单元，每相中的各DC/AC单元的输入侧并联、输出侧级联；所述DC/AC单元为隔离型DC/AC单元。
8.根据权利要求1所述的光伏发电***，其特征在于，所述高增益隔离型DC/DC变换器采用单级式拓扑，包括：多个隔离型DC/DC单元，各隔离型DC/DC单元的输入侧接独立的光伏阵列、输出侧级联。
9.根据权利要求1所述的光伏发电***，其特征在于，所述高增益隔离型DC/DC变换器采用两级式拓扑，包括多个前级DC/DC单元和M个后级DC/DC模块，M为正整数，其中：
各前级DC/DC单元的输入侧接独立的光伏阵列，输出侧并联后接入任一个后级DC/DC模块；
每一个后级DC/DC模块包括多个后级DC/DC单元，各后级DC/DC单元的输入侧并联、输出侧级联；
当M＞1时，各后级DC/DC模块的输入侧并联、输出侧并联。
10.根据权利要求9所述的光伏发电***，其特征在于，所述光伏发电***中包括多个如权利要求9所述的高增益隔离型DC/DC变换器，而且M＞1，各高增益隔离型DC/DC变换器的输出侧并联。
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