[发明专利]多重化级联型光伏发电系统及光伏发电装置

说明书

技术领域

本发明涉及光伏发电领域，尤其涉及一种多重化级联型光伏发电系统及一种光伏发电装置。

背景技术

光伏发电系统中，光伏组件把太阳的光能转换为间歇性、变化的直流电，通过光伏组件的串并联提高电压、增大电流，同时汇流箱、配电柜等实现电气连接功能，光伏逆变器把这种随机变化的直流电转换为与公用电网相同频率、相位的交流电。并且光伏逆变器具有MPPT(Maximum Power Point Tracking，最大功率点跟踪)功能，可以通过内部软件算法自动寻找光伏组串、或光伏阵列的最大功率点。

典型大型荒漠地面、及大型屋顶太阳能光伏电站一般采用集中式逆变器构成光伏发电系统，如图1所示，主要由太阳能光伏电池组件、汇流箱、交直流配电柜、光伏逆变器、及升压变压器组成，可以方便实现10kV/35kV中压并网。其中，多个光伏组件串联构成光伏组串，再由多个光伏组串并联构成光伏阵列，从而得到较高的直流电压与直流功率，然后共用一台集中型逆变器实现并网发电。然而，这种系统架构具有明显的缺点，比如多个串联的光伏组件中其中某个组件的电流减小，会直接导致这串整个光伏组串的总电流减小，这种现象称为木桶效应，木桶效应会导致整个组串的输出功率降低。

分布式光伏发电系统的发展促使光伏发电靠近负载端，从而减小输配电的传导损耗。分布式光伏电站一般建在中、大型工商业厂房、及个人家庭屋顶，主要使用组串式逆变器，而无需汇流箱、直流配电柜，如图2所示。分布式光伏发电系统带来的主要问题是并机台数过多后增大并网点的电流谐波，同时容易导致并网谐振问题。组串式系统中光伏组件串联构成光伏组串，单个或多个并联的光伏组串经过组串式逆变器内部各自独立的DC/DC变换器升压后，再共用组串式逆变器内部的同一套逆变电路实现并网发电，因此这种系统架构具有多路MPPT功能，部分改进了集成式系统单路MPPT存在的多个组串并联时的失配缺陷。但是，组串式系统内部仍然存在多个光伏组件串联带来的木桶效应问题，比如多个串联的光伏组件中其中某个组件的电流减小，会直接导致这路光伏组串的总电流减小，从而导致整个组串的输出功率降低。

为了消除集中式、组串式系统的木桶效应，近年来提出了功率优化器的概念，从而构成了含有功率优化器的光伏发电系统，如图3所示。这个系统主要在集中式、组串式光伏发电系统的基础上增加了功率优化器这个部件，带来的直接好处是消除了集中式、组串式系统的木桶效应。由于每块光伏组件的背面均安装有一个功率优化器，从而无需把光伏组件直接串联构成光伏组串、而是把功率优化器的输出端首尾串联，因此可以实现组件级、或分布式MPPT功能。但是所造成的缺点显而易见，主要是增加了部件会提升系统价格、增加系统损耗。功率优化器会使当前系统价格上升6～7.5％；同时其工作效率大约为95～98％，由于功率优化器在光伏系统发电时始终保持运行，从而系统将增多2～5％的功率损耗。

近年来提出的微型逆变器光伏发电系统的概念也可以消除集中式、组串式系统的木桶效应，如图4所示。这个系统完全不同于集中式、组串式、及含有功率优化器的光伏发电系统，无需把光伏组件直接串联构成光伏组串，而在每块光伏组件的背面安装一个独立的微型逆变器，因此可以实现组件级、或分布式MPPT功能，带来的直接好处是消除了集中式、组串式系统由于组件串联导致的木桶效应。光伏组件直流电压一般为30～36V、而电网交流电压为110～220V，所以微型逆变器内部通常为两级结构，第一级实现直流升压功能、第二级完成DC/AC交流逆变功能，两级结构造成的问题非常显而易见：一方面微型逆变器的工作效率一般为95～96％，从而导致光伏发电系统额外的4～5％功耗；另一方面内部器件繁多、控制复杂，其价格远远高于集成式、组串式系统结构，也高于含有功率优化器的系统价格。

发明内容

鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明实施例提供一种多重化级联型光伏发电系统，通过重新构造光伏发电技术的系统架构，以消除光伏组件串联结构中容易出现的木桶效应问题，并且提升光伏发电系统的发电量和工作效率，同时降低系统成本。