CN113131858A - 一种pv串优化器*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种PV串优化器***，包括N个PV串优化器，各个PV串优化器对应一个PV组件串，各个PV组件串由至少两个PV组件串联连接组成,各个所述PV串优化器输入端独立地与对应的所述PV组件串输出端连接进行独立的最大功率跟踪，PV串优化器一至PV串优化器N通过各自对应的电缆一至电缆N连接到DC/AC逆变器,该PV串优化器***同时具有最大功率点跟踪和短路故障断开的保护功能，每一路PV组件串都进行独立的MPPT跟踪，当有任何一路PV组件串出现短路情况下，其他的PV组件串还正常工作，并不会出现并联失配问题,避免一路PV组件串出现短路故障情况下导致整个回路持续产生短路电流。

Description

一种PV串优化器***
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种PV串优化器***。
背景技术
现有PV功率优化器是每块PV组件对应连接安装一个功率优化器。功率优化器的技术核心是实现PV组件的最大功率点跟踪，并且在有短路及其他故障的时候可以切断回路，防止拉弧起火等。但随着PV组件的成本下降，功率优化器的成本相比PV组件占比较高，导致实际电站的成本增加太多，没法实际大批量应用。
现有集散式汇流箱是把多路PV串先进行汇流，然后多个PV串做一个最大功率点跟踪。集散式汇流箱可以解决多个PV串的并联失配问题，但由于多个PV串都引入到一个汇流箱内部，如果汇流箱发生重大故障短路后，可能引起汇流箱内的所有PV组串都短路。由于PV组件的限流特性，没法用断路器或者熔丝进行过流保护，只能让整个回路持续产生短路电流，直到短路点发热引起拉弧及火灾。
亟需一种同时具有最大功率点跟踪和短路故障断开的保护功能，每一路PV组件串都进行独立的MPPT跟踪，当有任何一路PV组件串出现短路情况下，其他的PV组件串还正常工作，并不会出现并联失配问题,当任何一路的PV组件串的自动分断开关后端出现短路故障导致输入过流的情况下自动断开自动分断开关，从而避免一路PV组件串出现短路故障情况下导致整个回路持续产生短路电流的PV串优化器***。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出一种PV串优化器***，该PV串优化器***同时具有最大功率点跟踪和短路故障断开的保护功能，每一路PV组件串都进行独立的MPPT跟踪，当有任何一路PV组件串出现短路情况下，其他的PV组件串还正常工作，并不会出现并联失配问题,当任何一路的PV组件串的自动分断开关后端出现短路故障导致输入过流的情况下自动断开自动分断开关，从而避免一路PV组件串出现短路故障情况下导致整个回路持续产生短路电流。
为解决上述技术问题，本发明提供一种PV串优化器***，包括N个PV串优化器，各个PV串优化器对应一个PV组件串，各个PV组件串由至少两个PV组件串联连接组成,各个所述PV串优化器输入端独立地与对应的所述PV组件串输出端连接进行独立的最大功率跟踪，PV串优化器一至PV串优化器N通过各自对应的电缆一至电缆N连接到逆变器,所述PV组件串一至PV组件串N之间的任一PV组件串的PV组件型号及数量可以相同或不相同。
优选地，N个所述PV串优化器及对应的N个所述PV组件串组成单元一，所述PV串优化器***中的逆变器还包括单元二，所述单元二包括与各个所述PV串优化器对应的输入熔丝一、DC/AC变换单元；所述PV串优化器一至所述PV串优化器N通过各自独立的电缆一至电缆N连接至所述单元二中对应的输入熔丝一，所述逆变器内部的所有输入熔丝输出汇流后形成统一的直流汇流母线，所述单元一中的PV组件串一至PV组件串N由PV串优化器一至PV串优化器N进行最大功率跟踪及独立控制，所述直流汇流母线与所述DC/AC变换单元连接。
优选地，所述PV串优化器***中的逆变器还包括电池接入熔丝，储能电池通过电池接入熔丝与直流汇流母线连接。
优选地，N个所述PV串优化器及对应的N个所述PV组件串组成单元一，所述PV串优化器***中的逆变器还包括单元二，所述单元二包括与各个所述PV串优化器对应的输入熔丝一、DC/AC变换单元；所述PV串优化器一至所述PV串优化器N通过各自独立的电缆一至电缆N连接至所述单元二中对应的输入熔丝一；所述逆变器内部的所有输入熔丝一输出汇流后形成统一的直流汇流母线，所述PV串优化器***还包括单元三，所述单元三包括M个各自独立的PV组件串，所述逆变器的单元二还包括与所述单元三中的PV组件串一至PV组件串M对应的输入熔丝二、DC/AC变换单元；所述单元三中的PV组件串一至PV组件串M经过所述逆变器的单元二对应的输入熔丝二后直接并联。
优选地，所述PV串优化器***还包括单元四及电池接入熔丝，所述单元四包括用于检测储能电池状态并根据电池管理***的指令控制给储能电池充放电的电流及电压大小的DC/DC变换器，所述DC/DC变换器通过所述电池接入熔丝与直流汇流母线连接，所述储能电池与DC/DC变换器连接。
优选地，各个所述PV串优化器包括具有短路故障断开保护功能的自动分断开关K1及设置于所述自动分断开关K1后端的DC/DC变换器。
优选地，所述PV串优化器还包括对PV串优化器输入端电压值进行检测并判断所述自动分断开关K1后端是否发生短路的控制单元。
优选地，所述控制单元与自动分断开关K1、PV串优化器输入端、PV串优化器输出电压端连接。
优选地，所述自动分断开关K1后端设置有用于将PV串输出端的电压进行升压并将升压后的输出电压通过输出电缆连接到外部的升压电路。
优选地，所述自动分断开关K1串联在PV串优化器输入端的正极导线上；或者所述自动分断开关K1串联在负极导线上；或者所述自动分断开关K1为两个，分别串联在正极导线与负极导线上。
采用上述***之后，PV串优化器***，包括N个PV串优化器，各个PV串优化器对应一个PV组件串，各个PV组件串由至少两个PV组件串联连接组成,各个所述PV串优化器输入端独立地与对应的所述PV组件串输出端连接进行独立的最大功率跟踪，PV串优化器一至PV串优化器N通过各自对应的电缆一至电缆N连接到逆变器,所述PV组件串一至PV组件串N之间的任一PV组件串的PV组件型号及数量可以相同或不相同；该PV串优化器***同时具有最大功率点跟踪和短路故障断开的保护功能，每一路PV组件串都进行独立的MPPT跟踪，当有任何一路PV组件串出现短路情况下，其他的PV组件串还正常工作，并不会出现并联失配问题,当任何一路的PV组件串的自动分断开关后端出现短路故障导致输入过流的情况下自动断开自动分断开关，从而避免一路PV组件串出现短路故障情况下导致整个回路持续产生短路电流。
附图说明
图1为现有技术的功率优化器与PV的连接的结构图；
图2为现有技术的集散式汇流箱与PV的连接的结构图；
图3为本发明PV串优化器与PV组件串连接的电路图；
图4为本发明所示的PV串优化器的电路图；
图5为本发明实施例一所示的PV串优化器***的电路图；
图6为本发明实施例二所示PV串优化器及其光伏***的电路图；
图7为本发明实施例三所示PV串优化器及其光伏***。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
请参阅图3、图4及图5，图3为本发明PV串优化器与PV组件串连接的电路图，图4为本发明所示的PV串优化器的电路图，图5为本发明实施例一所示的PV串优化器***的电路图；本实施例公开了一种PV串优化器***，包括N个PV串优化器，各个PV串优化器对应一个PV组件串，各个PV组件串由至少两个PV组件串联连接组成,各个所述PV串优化器输入端独立地与对应的所述PV组件串输出端连接进行独立的最大功率跟踪，各个所述PV串优化器包括具有短路故障断开保护功能的自动分断开关K1及设置于所述自动分断开关K1后端的DC/DC变换器，PV串优化器一至PV串优化器N通过各自对应的电缆一至电缆N连接到逆变器；
PV组件串一到PV组件串N分别通过N对电缆束接入PV串优化器一到PV串优化器N，所有PV串优化器的输出经过电缆一至电缆N后接入到逆变器；每个PV串优化器内部都有独立的最大功率跟踪(MPPT)单元，进行每个PV组件串的功率输出最大化跟踪，由于每个PV串都独立连接到独立的PV串优化器进行独立的MPPT跟踪，不存在并联失配问题，所述PV组件串一至PV组件串N之间的任一PV组件串的PV组件型号及数量可以相同或不相同，达到方便使用的效果。
在本实施例，所述PV串优化器还包括对PV串优化器输入端电压值进行检测并判断所述自动分断开关K1后端是否发生短路的控制单元；
所述控制单元与自动分断开关K1、PV串优化器输入端、PV串优化器输出电压端连接。
所述自动分断开关K1后端设置有用于将PV串输出端的电压进行升压并将升压后的输出电压通过输出电缆连接到外部的升压电路。
在本实施例中，所述PV串优化器与PV串组件安装在一起，PV串优化器输出后端的DC/AC逆变装置的位置与PV串优化器的距离较远，PV串优化器的升压电路的输出端电压Vo需要经过长距离的输出电缆才能连接到PV串优化器输出后端的DC/AC逆变装置，其中输出电缆的距离较长，比较容易发生短路故障，当电缆一至电缆N任一电缆出现短路后，对应的PV串优化器的控制单元检测到电感电流异常，触发PV串优化器的自动分断开关K1断开，从而起到防止故障扩大的作用。
本实施例中，DC/AC逆变器输出能量到电网，进行并网控制，同时调节输出的总功率能量来保证直流母线电压的稳定。
在本实施例，所述主分断开关K1是机械式开关接触器、继电器、半导体绝缘栅双极型晶体管、金属氧化物半导体型场效应管、三极管中的一种。
在本实施例，所述自动分断开关K1串联在PV串优化器输入端的正极导线上；或者所述自动分断开关K1串联在负极导线上；或者所述自动分断开关K1为两个，分别串联在正极导线与负极导线上。
实施例二
请参阅图6，图6为本发明实施例二所示PV串优化器及其光伏***的电路图；本实施例公开了一种PV串优化器***，N个所述PV串优化器及对应的N个所述PV组件串组成单元一，所述PV串优化器***中的逆变器还包括单元二，所述单元二包括与各个所述PV串优化器对应的输入熔丝一、DC/AC变换单元；所述PV串优化器一至所述PV串优化器N通过各自独立的电缆一至电缆N连接至所述单元二中对应的输入熔丝一。
在本实施例，所述PV串优化器还包括对PV串优化器输入端电压值进行检测并判断所述自动分断开关K1后端是否发生短路的控制单元；
所述控制单元与自动分断开关K1、PV串优化器输入端、PV串优化器输出电压端连接。
所述自动分断开关K1后端设置有用于将PV串输出端的电压进行升压并将升压后的输出电压通过输出电缆连接到外部的升压电路。
所述PV组件串一到PV组件串N分别通过N对电缆束接入PV串优化器一到P串优化器N，PV串优化器一到PV串优化器N通过各自独立的电缆一到电缆N，连接到单元二的输入熔丝一，每个PV串优化器内部都有独立的最大功率跟踪(MPPT)单元，进行每个PV组件串的功率输出最大化跟踪，所述单元二内部的所有输入熔丝输出汇流后形成统一的直流汇流母线，所述单元一中的PV组件串一至PV组件串N由PV串优化器一至PV串优化器N进行最大功率跟踪及独立控制，所述直流汇流母线与所述DC/AC变换单元连接。
在本实施例，PV串优化器***还包括电池接入熔丝，储能电池通过电池接入熔丝与直流汇流母线连接。
本实施例中，逆变器输出能量到电网，进行并网控制，同时调节调节直流汇流母线电压，即通过储能电池的电压来控制充放电，完成所述逆变器的能量控制。
在本实施例，所述主分断开关K1是机械式开关接触器、继电器、半导体绝缘栅双极型晶体管、金属氧化物半导体型场效应管、三极管中的一种。
在本实施例，所述自动分断开关K1串联在PV串优化器输入端的正极导线上；或者所述自动分断开关K1串联在负极导线上；或者所述自动分断开关K1为两个，分别串联在正极导线与负极导线上。
实施例三
请参阅图7，图7为本发明实施例三所示PV串优化器及其光伏***。
本实施例公开了一种PV串优化器***，在实施例一PV串优化器***的基础上还包括单元三，所述PV串优化器***中的逆变器还包括单元二，所述单元二包括与各个所述PV串优化器对应的输入熔丝一、DC/AC变换单元；所述PV串优化器一至所述PV串优化器N通过各自独立的电缆一至电缆N连接至所述单元二中对应的输入熔丝一；所述逆变器内部的所有输入熔丝一输出汇流后形成统一的直流汇流母线，所述单元三包括M个各自独立的PV组件串，所述单元二包括与所述单元三中的PV组件串一至PV组件串M对应的输入熔丝二、DC/AC变换单元；所述单元三中的PV组件串一至PV组件串M经过所述单元二对应的输入熔丝二后直接并联。
所述PV串优化器***还包括单元四及电池接入熔丝，所述单元四包括用于检测储能电池状态并根据电池管理***的指令控制给储能电池充放电的电流及电压大小的DC/DC变换器，所述DC/DC变换器通过所述电池接入熔丝与直流汇流母线连接，所述储能电池与DC/DC变换器连接。
上述单元一和单元三的输出接到单元二的输入熔丝，单元一中的PV组件串一到PV组件串N由PV串优化器一至PV串优化器N进行最大功率跟踪(MPPT)独立控制，决定PV组件串一到PV组件串N的输出电压，即PV组件串一至PV组件串N的MPPT电压，单元三中的PV串一到PV串M经过单元二中的熔丝后直接并联，单元三中的DC/AC逆变单元控制所述PV串优化器***输出的总能量，以及所述PV串优化器***直流汇流母线电压的工作值，直流汇流母线电压工作值也是单元二中PV组件串一到PV串M的最大功率跟踪(MPPT)电压,由于单元fg中的M串P组件串V实际并联连接在一起，因此所述M串PV组件串之间是存在并联失配的，在使用时需要保持PV组件串的型号和数量一致，否则会有很大的并联失配及发电量损失。
单元四用于给储能电池充电，经过单元二中的熔丝后从PV串优化器***的直流汇流母线取电，直流汇流母线电压的值，即DC/DC单元的输入电压，是由上述单元二中的DC/AC逆变器决定的，所述单元四包括用于检测储能电池状态并根据电池管理***的指令控制给储能电池充放电的电流及电压大小的DC/DC变换器，所述DC/DC变换器通过所述电池接入熔丝与直流汇流母线连接，所述储能电池与DC/DC变换器连接。
在本实施案例中，有部分PV组件串直接并联接入，有部分PV组件串通过独立的PV串优化器后再接入，很好的解决了现实中部分场合地形差异很大导致发电量损失严重的问题。
采用上述***之后，PV串优化器***，包括N个PV串优化器，各个PV串优化器对应一个PV组件串，各个PV组件串由至少两个PV组件串联连接组成,各个所述PV串优化器输入端独立地与对应的所述PV组件串输出端连接进行独立的最大功率跟踪，PV串优化器一至PV串优化器N通过各自对应的电缆一至电缆N连接到逆变器,所述PV组件串一至PV组件串N之间的任一PV组件串的PV组件型号及数量可以相同或不相同；该PV串优化器***同时具有最大功率点跟踪和短路故障断开的保护功能，每一路PV组件串都进行独立的MPPT跟踪，当有任何一路PV组件串出现短路情况下，其他的PV组件串还正常工作，并不会出现并联失配问题,当任何一路的PV组件串的自动分断开关后端出现短路故障导致输入过流的情况下自动断开自动分断开关，从而避免一路PV组件串出现短路故障情况下导致整个回路持续产生短路电流。
应当理解的是，以上仅为本发明的优选实施例，不能因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种PV串优化器***，其特征在于，包括N个PV串优化器，各个PV串优化器对应一个PV组件串，各个PV组件串由至少两个PV组件串联连接组成,各个所述PV串优化器输入端独立地与对应的所述PV组件串输出端连接进行独立的最大功率跟踪，PV串优化器一至PV串优化器N通过各自对应的电缆一至电缆N连接到逆变器,所述PV组件串一至PV组件串N之间的任一PV组件串的PV组件型号及数量可以相同或不相同。
2.根据权利要求1所述的PV串优化器***，其特征在于，N个所述PV串优化器及对应的N个所述PV组件串组成单元一，所述PV串优化器***中的逆变器还包括单元二，所述单元二包括与各个所述PV串优化器对应的输入熔丝一、DC/AC变换单元；所述PV串优化器一至所述PV串优化器N通过各自独立的电缆一至电缆N连接至所述单元二中对应的输入熔丝一，所述逆变器内部的所有输入熔丝输出汇流后形成统一的直流汇流母线，所述单元一中的PV组件串一至PV组件串N由PV串优化器一至PV串优化器N进行最大功率跟踪及独立控制，所述直流汇流母线与所述DC/AC变换单元连接。
3.根据权利要求2所述的PV串优化器***，其特征在于，所述PV串优化器***中的逆变器还包括电池接入熔丝，储能电池通过电池接入熔丝与直流汇流母线连接。
4.根据权利要求1所述的PV串优化器***，其特征在于，N个所述PV串优化器及对应的N个所述PV组件串组成单元一，所述PV串优化器***中的逆变器还包括单元二，所述单元二包括与各个所述PV串优化器对应的输入熔丝一、DC/AC变换单元；所述PV串优化器一至所述PV串优化器N通过各自独立的电缆一至电缆N连接至所述单元二中对应的输入熔丝一；所述逆变器内部的所有输入熔丝一输出汇流后形成统一的直流汇流母线，所述PV串优化器***还包括单元三，所述单元三包括M个各自独立的PV组件串，所述逆变器的单元二还包括与所述单元三中的PV组件串一至PV组件串M对应的输入熔丝二、DC/AC变换单元；所述单元三中的PV组件串一至PV组件串M经过所述逆变器的单元二对应的输入熔丝二后直接并联。
5.根据权利要求4所述的PV串优化器***，其特征在于，所述PV串优化器***还包括单元四及电池接入熔丝，所述单元四包括用于检测储能电池状态并根据电池管理***的指令控制给储能电池充放电的电流及电压大小的DC/DC变换器，所述DC/DC变换器通过所述电池接入熔丝与直流汇流母线连接，所述储能电池与DC/DC变换器连接。
6.根据权利要求1所述的PV串优化器***，其特征在于，各个所述PV串优化器包括具有短路故障断开保护功能的自动分断开关K1及设置于所述自动分断开关K1后端的DC/DC变换器。
7.根据权利要求6所述的PV串优化器***，其特征在于，所述PV串优化器还包括对PV串优化器输入端电压值进行检测并判断所述自动分断开关K1后端是否发生短路的控制单元。
8.根据权利要求7所述的PV串优化器***，其特征在于，所述控制单元与自动分断开关K1、PV串优化器输入端、PV串优化器输出电压端连接。
9.根据权利要求6所述的PV串优化器***，其特征在于，所述自动分断开关K1后端设置有用于将PV串输出端的电压进行升压并将升压后的输出电压通过输出电缆连接到外部的升压电路。
10.根据权利要求6所述的PV串优化器***，其特征在于，所述自动分断开关K1串联在PV串优化器输入端的正极导线上；或者所述自动分断开关K1串联在负极导线上；或者所述自动分断开关K1为两个，分别串联在正极导线与负极导线上。
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