一种功率优化器制造技术

本发明专利技术主要涉及功率优化器，用于对一级或多级光伏电池串进行电压转换，包括一级或多级BUCK电路，其中任意一级BUCK电路的第一和第二输入端分别耦合到与其对应的一级光伏电池串的正极端和负极端；以及任意一级BUCK电路的一个输出电容连接在该任意一级BUCK电路的第一输出节点和第二输出节点之间，从而在单级的BUCK电路的第一输出节点和第二输出节点之间提供该单级光伏电池串的输出电压，或者在多级BUCK电路中的首个第一级BUCK电路的第一输出节点和末尾的最后一级BUCK电路的第二输出节点之间形成该多级光伏电池串的总输出电压。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及光伏发电的电力装置，确切地说，是采用了在每个光伏组件中都使用了多级光伏电池串和作为功率优化器的多级电压转换电路的方案，使得任意一级电压转换电路均可以单独对与其对应的一个电池串执行独立的最大功率点追踪演算，以确保整个太阳能发电系统输出功率的稳定。
技术介绍
随着能源的短缺和科学技术的发展，新能源得到了越来越广泛的应用，由于光伏发电安全可靠、运行费用少、维护简单、随处可用等特点，使得光伏发电在世界范围内得到了快速的发展，尤其在解决偏远地区的用电问题上发挥着不可或缺的作用。光伏电池的输出特性受到外界温度、光照辐射强度的影响而发生很大的变化，使光伏电池始终能够输出最大的功率以便我们更有效地利用太阳能是光伏发电系统的基本要求。要从太阳能面板输出期望的最大功率，最重要是找到最大功率点(MPPT)，使电池板的输出电压和输出电流保持在这个预期的最大功率点。最大功率点的变化通常与辐照强度和环境温度有关，所以亟待解决的难题是，当太阳能面板的环境变化时，须动态追踪的这些参数变化，才能屏除外部环境因素，确保太阳能面板工作在最大功率点上。在现行的光伏功率优化方式中，几乎都是在光伏组件级执行优化，实际上每个光伏组件通常会包括多个由光伏电池串接构成的电池串(Photovoltaic cell string)，在光伏组件级进行优化意味着不会单独对每一个独立的电池串进行优化。当出现同一串电池板因为产品一致性问题不好，或发生阴影遮挡等因素导致部分电池不能正常发电时，整串的光伏电池效率损失很严重，而且逆变器尤其是集中式的逆变器接入的电池板阵列很多时，会导致各个组串的电池板不能够在自己的最大功率点运行，这些都是电能和发电量的损失。因此本申请后文介绍的功率优化器主要就是解决或者说是缓解这些问题，实现在电池串级别进行功率优化，来为每个光伏电池串搭载主动式功率优化器，导入最大功率点追踪以确保太阳能系统输出功率的稳定和功率的最大优化。
技术实现思路
在本专利技术的一个实施例中，披露了一种带有功率优化器的光伏发电系统，包括多级光伏电池串和多级功率优化器，每一级功率优化器都包括多级BUCK电路；其中，在每一级功率优化器中：任意一级BUCK电路的第一和第二输入端分别耦合到与其对应的一级光伏电池串的正极端和负极端；任意一级BUCK电路的一个输出电容连接在该任意一级BUCK电路的第一输出节点和第二输出节点之间；设定多级BUCK电路中任意后一级BUCK电路的第一输出节点和与之相邻的前一级BUCK电路的第二输出节点相连；藉此在每一级功率优化器的多级BUCK电路中，首个第一级BUCK电路的第一输出节点定义为这一级功率优化器的第一等效输出端，末尾的最后一级BUCK电路的第二输出节点定义为这一级功率优化器的第二等效输出端；并且多级所述功率优化器相互串联，设定多级所述功率优化器中任意后一级功率优化器的第一等效输出端和与之相邻的前一级功率优化器的第二等效输出端相连；从而在多级所述功率优化器的第一级所述功率优化器的第一等效输出端和最后一级所述功率优化器的第二等效输出端之间形成多级所述功率优化器的总输出电压。上述的带有功率优化器的光伏发电系统，任意一级所述功率优化器还包括一个通信电路，用于在与每个功率优化器的第一级BUCK电路的第一输出节点相连的传输线路上和/或在与最后一级BUCK电路的第二输出节点相连的传输线路上形成通信载波，以实现每一级所述功率优化器向外发送通信信息。上述的带有功率优化器的光伏发电系统，通信电路包括一个第一开关和一个旁路电阻及旁路电容；旁路电阻和旁路电容先并联后它们再与该第一开关串接在每一级功率优化器的第一级BUCK电路的第一输出节点和最后一级BUCK电路的第二输出节点之间。上述的带有功率优化器的光伏发电系统，每一级功率优化器还包括第一控制器，在每一级功率优化器发送通信信息的阶段，该第一控制器输出的驱动信号控制原本关断的第一开关接通后又关断，以便在第一开关接通的时刻产生流经该通信电路的载波电流，注入到与每个所述功率优化器的第一级BUCK电路的第一输出节点相连的传输线路上和/或注入到与最后一级BUCK电路的第二输出节点相连的传输线路上以形成通信载波。上述的带有功率优化器的光伏发电系统，每一级所述功率优化器还包括可设置在它的任意一级BUCK电路中的第二开关；该第二开关和每个所述功率优化器中任意一级BUCK电路的输出电容一起串接在该任意一级BUCK电路的第一输出节点和第二输出节点之间。上述的带有功率优化器的光伏发电系统，在每个所述功率优化器发送通信信息之前，该功率优化器中的第一控制器输出的驱动信号控制原本接通的第二开关予以关断，直至所述功率优化器结束发送通信信息程序之后，该第二开关才被接通。上述的带有功率优化器的光伏发电系统，还包括用于将多级所述功率优化器输出的直流电转换成交流电的逆变器。上述的带有功率优化器的光伏发电系统，所述逆变器还包括检测模块，用于从流经该传输线路上的电流中提取所述通信载波。上述的带有功率优化器的光伏发电系统，所述检测模块是高频传感器、带通滤波器、编解码器中的任意一种。上述的带有功率优化器的光伏发电系统，还包括用于将多级所述功率优化器输出的直流电转换成交流电的逆变器，所述逆变器具有储能电容以及第一、第二断路模块，并且所述逆变器还包括：耦合到多级所述功率优化器中第一级所述功率优化器的第一等效输出端的一个第一输入节点；耦合到多级所述功率优化器中最后一级所述功率优化器的第二等效输出端的一个第二输入节点；该第一断路模块连接在第一输入节点和储能电容的第一端之间，该第二断路模块连接在第二输入节点和储能电容的第二端之间，该第一和第二断路模块的接通或关断由所述逆变器的一个第二控制器控制。上述的带有功率优化器的光伏发电系统，所述逆变器还包括一个指令单元，用于在与所述逆变器的第一输入节点相连的传输线路上和/或在与所述逆变器的第二输入节点相连的传输线路上发送通信载波，以实现所述逆变器向外发送指令信息。上述的带有功率优化器的光伏发电系统，该指令单元具有串接在所述逆变器的第一和第二输入节点之间的电阻和第三开关。上述的带有功率优化器的光伏发电系统，在该指令单元发送指令信息的阶段，所述第二控制器输出的驱动信号控制原本关断的第三开关接通后又关断，以便在第三开关接通的时刻产生流经该指令单元的载波电流，注入到与所述逆变器的第一输入节点相连的传输线路上和/或在与所述逆变器的第二输入节点相连的传输线路上以形成通信载波。上述的带有功率优化器的光伏发电系统，在逆变器向任意一级所述功率优化器发送第一指令信息时，任意一级所述功率优化器通过一个检测模块从流经该传输线路上的电流中
提取所述通信载波，并且由任意一级功率优化器的第一控制器接收该第一指令信息。上述的带有功率优化器的光伏发电系统，所述检测模块是高频传感器、带通滤波器、编解码器、分流器中的任意一种。上述的带有功率优化器的光伏发电系统，所述第一指令信息是关机指令，在所述逆变器向任意一级所述功率优化器发送关机指令信息之前，所述第二控制器先控制第一和第二断路模块切换成关断状态。上述的带有功率优化器的光伏发电系统，在所述逆变器向任意一级功率优化器发送关机指令信息后，并在多组BUCK电路进入关机或休眠状态本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率优化器，用于对一级或多级光伏电池串进行电压转换，其特征在于，包括一级或多级BUCK电路，其中：任意一级BUCK电路的第一和第二输入端分别耦合到与其对应的一级光伏电池串的正极端和负极端；以及任意一级BUCK电路的一个输出电容连接在该任意一级BUCK电路的第一输出节点和第二输出节点之间；当光伏电池串和BUCK电路的数量均为一级时，此时单级的BUCK电路的第一输出节点定义为所述功率优化器的第一等效输出端以及单级的BUCK电路的第二输出节点定义为所述功率优化器的第二等效输出端；或者当光伏电池串和BUCK电路的数量均为多级时，设置多级BUCK电路中任意后一级BUCK电路的第一输出节点和与之相邻的前一级BUCK电路的第二输出节点相连，将多级BUCK电路中第一级BUCK电路的第一输出节点定义为该功率优化器的第一等效输出端和最后一级BUCK电路的第二输出节点定义为该功率优化器的第二等效输出端；从而在该第一和第二等效输出端之间提供该一级或多级光伏电池串的总输出电压。

【技术特征摘要】
1.一种功率优化器，用于对一级或多级光伏电池串进行电压转换，其特征在于，包括一级或多级BUCK电路，其中：任意一级BUCK电路的第一和第二输入端分别耦合到与其对应的一级光伏电池串的正极端和负极端；以及任意一级BUCK电路的一个输出电容连接在该任意一级BUCK电路的第一输出节点和第二输出节点之间；当光伏电池串和BUCK电路的数量均为一级时，此时单级的BUCK电路的第一输出节点定义为所述功率优化器的第一等效输出端以及单级的BUCK电路的第二输出节点定义为所述功率优化器的第二等效输出端；或者当光伏电池串和BUCK电路的数量均为多级时，设置多级BUCK电路中任意后一级BUCK电路的第一输出节点和与之相邻的前一级BUCK电路的第二输出节点相连，将多级BUCK电路中第一级BUCK电路的第一输出节点定义为该功率优化器的第一等效输出端和最后一级BUCK电路的第二输出节点定义为该功率优化器的第二等效输出端；从而在该第一和第二等效输出端之间提供该一级或多级光伏电池串的总输出电压。2.根据权利要求1所述的功率优化器，其特征在于，所述功率优化器还包括一个通信电路，该通信电路连接在所述功率优化器的第一和第二等效输出端之间，用于在与每个功率优化器的第一等效输出端相连的传输线路上和/或在与第二等效输出端相连的传输线路上形成通信载波，以实现每个所述功率优化器向外发送通信信息。3.根据权利要求2所述的功率优化器，其特征在于，其中：该通信电路包括串联的第一开关和旁路电容，它们串接在该功率优化器的第一等效输出端和第二等效输出端之间，还有一个旁路电阻并联在该旁路电容的两端；或者该通信电路包括串联的一个电阻、第一开关和旁路电容，它们串接在该功率优化器的第一等效输出端和第二等效输出端之间，且一个旁路电阻并联在该旁路电容的两端。4.根据权利要求3所述的功率优化器，其特征在于，所述功率优化器还包括一个第一控制器，该第一开关用于在所述功率优化器发送通信信息的阶段由该第一控制器控制在关断和接通状态间切换，以便在第一开关接通的时刻产生流经该通信电路的载波电流，注入到该传输线路上以用来形成通信载波。5.根据权利要求4所述的功率优化器，其特征在于，所述功率优化器还包括可设置在任意一级BUCK电路中的第二开关；在带有第二开关的任意一级BUCK电路中，其输出电容和第二开关一起串接在该任意一级BUCK电路的第一输出节点和第二输出节点之间。6.根据权利要求4所述的功率优化器，其特征在于，该第二开关用于在该功率优化器发送通信信息的阶段由该第一控制器切换成关断状态，以将所述功率优化器的第一和第二等效输出端之间由各个传输电容串接的支路予以断路，且在所述功率优化器结束发送通信信息后该第二开关由第一控制器控制切换成接通状态。7.根据权利要求1所述的功率优化器，其特征在于，每一级BUCK电路都包括连接在它的第一输入端和第一输出节点之间的主开关和电感，该主开关和该电感两者相连于一个互连节点处；以及在该互连节点与第二输入端之间连接有续流开关或续流二极管，其中每一级BUCK电路的第二输入端和第二输出节点相连。8.根据权利要求3所述的功率优化器，其特征在于，还包括检测模块，用于从与所述功率优化器的第一和/或第二等效输出端相连的传输线路上侦测和提取通信载波，并由所述功率优化器的一个第一控制器从检测模块接收该通信信息。9.根据权利要求8所述的功率优化器，其特征在于，该检测模块是高频传感器、带通滤波器、编解码器、分流器中的任意一种。10.根据权利要求8所述的功率优化器，其特征在于，该第一控制器还用于在该检测模块侦测到关机或休眠指令的通信信息时控制所有BUCK电路结束电压转换功能而进入关机或休眠状态，此时第一控制器还用于控制所述第一开关切换成接通状态，用以将该通信电路转换成所述功率优化器的第一和第二等效输出端之间的各个串接的传输电容上残留电量的泄放支路。11.一种功率优化器的通信方法，该功率优化器用于对一级或多级光伏电池串进行电压转换，其特征在于，该功率优化器包括一级或多级BUCK电路，其中：任意一级BUCK电路的第一和第二输入端分别耦合到与其对应的一级光伏电池串的正极端和负极端；以及任意一级BUCK电路的一个输出电容连接在该任意一级BUCK电路的第一输出节点和第二输出节点之间；当光伏电池串和BUCK电路的数量均为一级时，此时单级的BUCK电路的第一输出节点定义为所述功率优化器的第一等效输出端以及单级的BUCK电路的第二输出节点定义为所述功率优化器的第二等效输出端；或者当光伏电池串和BUCK电路的数量均为...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永，应剑东，
申请(专利权)人：丰郅上海新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31