一種匯流箱電路結(jié)構(gòu)及光伏發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種匯流箱電路結(jié)構(gòu)及光伏發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)已經(jīng)取得了大規(guī)模應用，而單塊太陽能光伏電池組件輸出直流具有電壓較小、電流較小的特點，光伏發(fā)電系統(tǒng)中由多塊太陽能光伏電池組件的串聯(lián)構(gòu)成合適電壓水平的光伏組串，通過使用光伏匯流箱將多個光伏組串的直流小電流的并聯(lián)匯流成合適的較高電流等級，最終若干個光伏匯流箱輸出接入光伏逆變器，經(jīng)過逆變器逆變轉(zhuǎn)換成可接入電網(wǎng)的交流電饋入電網(wǎng)。
[0003]例如，授權(quán)公告號為CN 203434932 U的實用新型專利、授權(quán)公告號為CN203788239 U的實用新型專利和申請公布號為CN 104158482 A的實用新型專利分別公開了一種現(xiàn)有的匯流箱和光伏發(fā)電系統(tǒng)。
[0004]現(xiàn)有的大型光伏發(fā)電系統(tǒng)僅是將多路光伏組串直流并聯(lián)匯流，由I臺大容量光伏逆變器實現(xiàn)集中式發(fā)電，存在系統(tǒng)組合功率損失、MPPT (maximum power point tracking，對因光伏組件表面溫度變化和太陽輻照度變化而產(chǎn)生的輸出電壓與電流的變化進行跟蹤控制，使光伏電池組件方陣一直保持在最大輸出的工作狀態(tài)，以獲得最大的功率輸出的自動調(diào)整行為，以下統(tǒng)一簡稱“MPPT”)路數(shù)少、直流電壓范圍寬、系統(tǒng)電壓水平低等問題，具體表現(xiàn)如下:
[0005]1、由于光伏電池組件的自身差異性以及光伏陣列大面積分布不同環(huán)境因素影響(污染程度、老化程度等)，各個光伏組串的輸出總電壓無法完全相同，導致各個光伏組串的最大功率也會有差異?，F(xiàn)有的光伏發(fā)電系統(tǒng)中每臺光伏逆變器的輸入為所有光伏電池組串的并聯(lián)，無法實現(xiàn)每個光伏組串都工作在最大功率點，進而降低了系統(tǒng)發(fā)電量和發(fā)電效率，存在系統(tǒng)組合損耗。
[0006]2、現(xiàn)有的光伏發(fā)電系統(tǒng)中光伏逆變器一般大容量光伏逆變器僅有I路MPPT功能，對大容量大面積光伏電池組件方陣的匹配性較差，且多云天氣更將加劇系統(tǒng)組合損耗。
[0007]3、現(xiàn)有的光伏發(fā)電系統(tǒng)直流側(cè)的開路電壓水平小于1000V，最大功率點電壓工作被限制在了 450~700V:
[0008]I) 一方面，逆變器輸出電壓限制在315Vac，常用的500kW光伏逆變器直流最大輸入電流一般為1100A ;若需要進一步增大逆變器輸出功率，則逆變器的輸入電流同步增大，導致需要更大電流等級的半導體功率器件和開關(guān)器件，整個光伏發(fā)電系統(tǒng)的成本將急劇上升。
[0009]2)另一方面，為滿足實際應用，常采用兩臺500kW光伏逆變器系統(tǒng)構(gòu)成IMW發(fā)電單元，占地面積較大。
[0010]3)此外，發(fā)電系統(tǒng)直流側(cè)電壓變化范圍較大，直流電流變化范圍較寬，對電纜截面積選型較高，需按照較高電流等級進行選型，系統(tǒng)成本較高。
[0011]針對現(xiàn)有集中式光伏發(fā)電的組合損失以及MPPT路數(shù)少的缺陷，現(xiàn)有光伏發(fā)電系統(tǒng)有采用組串型光伏逆變器分布式發(fā)電方案，即采用多個小容量的光伏逆變器分布式并網(wǎng)發(fā)電替代原有I臺大功率光伏逆變器發(fā)電，各個組串型光伏逆變器就近于各個子光伏方陣以抵消直流線路影響因素和匹配優(yōu)化光伏陣列。但此種做法在大型光伏電站中存在交流輸出線纜眾多、系統(tǒng)復雜、系統(tǒng)造價較高等缺點。
[0012]隨著行業(yè)發(fā)展，也出現(xiàn)了一些組串式MPPT匯流箱，在光伏組串的輸出側(cè)增加一路或多路能進行最大功率跟蹤的DC/DC變換器，通過BOOST增壓電路進行MPPT控制，但整個電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)存在輸入、輸出保護缺乏、安全可靠性低等的缺點。
[0013]如何同時兼得集中式光伏發(fā)電系統(tǒng)和組串型光伏逆變器分布式發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)點，提升系統(tǒng)發(fā)電量，減小單位功率占地面積，成為光伏行業(yè)努力的方向。
【實用新型內(nèi)容】
[0014]本實用新型要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種匯流箱電路結(jié)構(gòu)及光伏發(fā)電系統(tǒng)。
[0015]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用以下技術(shù)方案:
[0016]一種匯流箱電路結(jié)構(gòu)，包括輸出線路以及用于將光伏組件陣列中若干個光伏組串匯流成一路輸出至輸出線路的電路基本拓撲單元，若干個所述光伏組串分為一組以上，每一組光伏組串均通過一個所述電路基本拓撲單元與所述輸出線路相連，所述電路基本拓撲單元包括依次相連的輸入?yún)R流配電單元、DC/DC升壓變換單元和輸出配電單元。
[0017]作為本實用新型的進一步改進:
[0018]所述DC/DC升壓變換單元包括交錯式并聯(lián)BOOST升壓電路，所述交錯式并聯(lián)BOOST升壓電路的并聯(lián)路數(shù)為兩路或三路或四路，且配設(shè)有相應的BOOST電感、電容以及電壓和電流檢測單元。
[0019]所述DC/DC升壓變換單元的交錯式并聯(lián)BOOST升壓電路為兩路交錯式并聯(lián)BOOST升壓電路，所述DC/DC升壓變換單元的電路具體包括:
[0020]兩路交錯式BOOST升壓電路的輸入電容和輸出電容，所述輸入電容和輸出電容分別位于DC/DC升壓變換單元的輸入側(cè)和輸出側(cè)，且并聯(lián)于直流主回路中；
[0021]兩路交錯式BOOST升壓電路的BOOST電感，所述BOOST電感串聯(lián)于兩個BOOST升壓輸入主回路中，所述BOOST電感包括第一電感LI和第二電感L2，第一電感LI和第二電感L2所在的兩個回路為并聯(lián)形式；
[0022]功率開關(guān)器件模塊，所述功率開關(guān)器件模塊集成有2個IGBT元器件和四個二極管元器件，2個IGBT元器件與其中兩個二極管元器件構(gòu)成兩個并聯(lián)的BOOST電路主回路，另兩個二極管元器件構(gòu)成兩個并聯(lián)的BOOST電路的二極管旁路回路；所述二極管旁路回路的輸入端與所述BOOST電感的輸入側(cè)連接到所述輸入?yún)R流配電單元的直流正路輸出端，二極管旁路回路的輸出端與兩個并聯(lián)BOOST電路輸出一起并接接至所述輸出配電單元的輸入正路端；當匯流箱輸入電壓高于DC/DC升壓變換單元的輸出時二極管旁路回路導通，DC/DC升壓變換單元停止工作。
[0023]所述輸入?yún)R流配電單元包括第一匯流母線，每一組中各光伏組串與第一匯流母線之間分別連接有一匯流支線，各匯流支線串聯(lián)有支線熔斷器，所述第一匯流母線通過一線路通斷控制開關(guān)與DC/DC升壓變換單元相連。
[0024]各匯流支線上還串聯(lián)有用于檢測光伏組串輸入電流的檢測單元；所述第一匯流母線的輸出端并聯(lián)有第一防雷保護裝置。
[0025]所述輸出配電單元由用于控制線路通斷的線路控制開關(guān)和用于線路保護的熔斷器構(gòu)成，所述線路控制開關(guān)和熔斷器串聯(lián)于連接DC/DC升壓變換單元輸出端和輸出線路的輸出直流回路中。
[0026]所述光伏組串的數(shù)量為η個，將η個光伏組串分為a組，且a彡2 ;當n/a為整數(shù)時，將η個光伏組串等分為a組；當n/a為非整數(shù)時，將η個光伏組串分為a+Ι組，其中，n/a所得余數(shù)個光伏組串為一組，其他光伏組串等分為a組。
[0027]各組光伏組串的電路基本拓撲單元通過第二匯流母線與所述輸出線路相連。
[0028]所述第二匯流母線的輸出端還并聯(lián)有第二防雷保護裝置。
[0029]一種光伏發(fā)電系統(tǒng)，包括光伏逆變器以及若干個上述述的匯流箱電路結(jié)構(gòu)，各匯流箱電路結(jié)構(gòu)的輸出線路并聯(lián)連接至所述光伏逆變器。
[0030]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點在于:本實用新型的匯流箱電路結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)匯流箱電路拓撲結(jié)構(gòu)的輸入?yún)R流配電單元和輸出配電單元之間串入DC/DC升壓變換單元，DC/DC升壓變換單元具有MPPT功能并可將寬范圍變化的光伏直流穩(wěn)定成較高電壓等級的直流電輸出，在配置完善的匯流、配電的安全保護電路基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了光伏發(fā)電系統(tǒng)工作時所對應的光伏組串寬范圍變化的光伏電壓穩(wěn)定成較高電壓等級水平，且為同一個電壓等級，從而減小了光伏匯流箱輸出電流以及光伏逆變器輸入電流等級，光伏逆變器逆變轉(zhuǎn)換輸出的電壓等級亦可提高。在光伏逆變器電流等級不變的情況下，可接入更多數(shù)量的光伏匯流箱以及所匹配的光伏電池組件陣列，從而在光伏逆變器體積不變的情況下，提升光伏發(fā)電系統(tǒng)容量和光伏逆變器的功率密度。該匯流箱電路結(jié)構(gòu)實現(xiàn)基于光伏逆變器系統(tǒng)輸入/輸出電流不變基礎(chǔ)上的電壓水平提升以及功率等級隨之上升的目標，即達到了提升系統(tǒng)發(fā)電量、提高功率密度、降低逆變器系統(tǒng)占地面積和系統(tǒng)成本的效果。進一步，通過對其多個輸入?yún)R流配電單元若干數(shù)量劃分+配置若干個對應匹配的BOOST升壓電壓電路+配置若干個對應匹配輸出配電單元+配置輸出匯流母線，可實現(xiàn)傳統(tǒng)匯流箱的匹配匯流的光伏陣列的若干路MPPT功能，光伏陣列系統(tǒng)MPPT路數(shù)由傳統(tǒng)的I路提高為匯流箱數(shù)量與匯流箱的電路基本拓撲單元數(shù)量的乘積值，顯著提高光伏系統(tǒng)MPPT能力和發(fā)電量。
【附圖說明】
[0031]圖1為現(xiàn)有匯流箱電路構(gòu)成及光伏發(fā)電系統(tǒng)的電路原理圖。
[0032]圖2為本實用新型第一種匯流箱電路結(jié)構(gòu)的電路原理圖。
[0033]圖3為本實用新型第二種匯流箱電路結(jié)構(gòu)的電路原理圖。
[0034]圖4為本實用新型光伏發(fā)電系統(tǒng)的電路原理圖。
[0035]圖例說明:
[0036]1、輸入?yún)R流配電單元；101、支線熔斷器；102、檢測單元；103、第一匯流母線；104、第一防雷保護裝置；105、線路通斷控制開關(guān)；2、輸出配電單元；3、DC/DC升壓變換單元；301、輸入電容；302、B00ST電感；303、功率開關(guān)器件模塊；304、輸出電容；4、第二匯流母線；5、輸出線路；6、第二防雷保護裝置；7、光伏逆變器。
【具體實施方式】
[0037]以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步詳細說明。
[0038]圖1為現(xiàn)有匯流箱電路構(gòu)成及光伏發(fā)電系統(tǒng):匯流箱Al由輸入?yún)R流配電單元I和輸出配電單元2構(gòu)成，通過輸入?yún)R流配電以及輸出配電實現(xiàn)對多路光伏組串(圖中η—般為16)小電流的并聯(lián)匯流成一路較大電流輸出；多個匯流箱(圖中m—般為7)的匯流箱輸出電流輸入至光伏逆變器7 ;光伏逆變器7對應于常規(guī)的7個匯流箱輸入一般為額定500kW功率等級，各個匯流箱僅是實現(xiàn)眾多組串小電流的匯集，并不做電壓變換(光伏直流電壓變化范圍為0~1000V，一般光伏逆變器MPPT工作電壓范圍為DC450V~700V)，不具有MPPT功能。
[0039]圖2示出了本實用新型的第一種匯流箱電路結(jié)構(gòu)，該匯流箱電路結(jié)構(gòu)(A2)包括輸出線路5以及用于將光伏組件陣列中若干個光伏組串匯流成一路輸出至輸出線路5的電路基本拓撲單元，若干個光伏組串均通過一個電路基本拓撲單元與輸出線路5相連，也即若干個光伏組串作為一組，電路基本拓撲單元包括依次相連的輸入?yún)R流配電單元1、DC/DC升壓變換單元3和輸出配電單元2，其中，DC/DC升壓變換單元3具有MPPT功能并可將寬范圍變化的光伏直流穩(wěn)定成較高電壓等級的直流電輸出。該匯流箱電路結(jié)構(gòu)在配置完善的匯流、配電的安全保護電路基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了光伏發(fā)電系統(tǒng)工作時所對應的光伏組串寬范