一种提升光伏电站发电量的智能电源优化装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种提升光伏电站发电量的智能电源优化装置。本实用新型专利技术包括与光伏组件连接的功率优化器，多个功率优化器串接在一起接入逆变器；功率优化器DC输入端依次连接输入端滤波器、MPPT、直流母线、保护电路、输出端滤波器，输出端滤波器与DC输出端连接，DC输入端、输入端滤波器之间安装有直流防雷器，FPGA模块与输入端滤波器、MPPT、直流母线连接；带有通讯装置的MCU控制系统与FPGA模块连接。本实用新型专利技术的优点是:功率优化装置直接与光伏组件相连，对每一个光伏组件实施最大功率跟踪，保证每一个光伏组件在任意光照条件下和任意组件特性下的最大功率输出。

【技术实现步骤摘要】
一种提升光伏电站发电量的智能电源优化装置
本专利技术涉及一种光伏发电领域，尤其是涉及一种光伏电站发电优化系统。
技术介绍
安装在屋顶和工商业厂房上的光伏电站，许多在前期安装时没有考虑到一些未知的不匹配问题，使系统无法发挥应有的潜力，即使设计的非常好的系统由于组件本身的参数因素都会出现失配的现象。有时即使考虑到不匹配问题，也可能会出现一些无法避免的因素，如太阳板被遮挡、空中的云、附近物体的反射、光伏组件所安装的倾斜角和方位角不同、组件表面灰尘和表面温度不均匀等，都会使组件的输出伏安特性曲线呈现多阶梯形状。由于阵列组件的发电效率不同而引起组件的失配问题，导致系统发电效能降低。很多安装太阳能光伏系统的用户逐渐意识到部分或间歇性的遮蔽会影响到系统的发电量，能否通过对比发现具有一定的差异。为了有效提高发电量收益，如果在光伏发电系统中增加一种智能电源优化装置，就可以在一定程度上提升系统发电量，提升太阳能转化效率。
技术实现思路
为了解决阵列组件发电效率不同而引起组件失配问题，以及导致的发电效能降低问题，提出一种能有效提升系统发电量，提升太阳能转化效率的电源优化装置。本技术采用的技术方案如下所述。一种提升光伏电站发电量的智能电源优化装置，包括与光伏组件连接的功率优化器，多个功率优化器串接在一起接入逆变器；功率优化器DC输入端依次连接输入端滤波器、MPPT控制器、直流母线、保护电路、输出端滤波器，输出端滤波器与DC输出端连接，DC输入端、输入端滤波器之间安装有直流防雷器，FPGA模块与输入端滤波器、MPPT控制器、直流母线连接；带有通讯装置的MCU控制系统与FPGA模块连接。根据所述的提升光伏电站发电量的智能电源优化装置，所述通讯装置包括用于发射发电数据和状态信息的无线模块。根据所述的提升光伏电站发电量的智能电源优化装置，所述通讯装置还包括数据采集器，数据采集器通过通信模块与光伏监控管理系统连接，电脑或手机客户端通过无线网络信号与光伏监控管理系统连接。根据所述的提升光伏电站发电量的智能电源优化装置，数据采集器采用型号AMC-101的信息采集器，数据采集器通过GPRS通信模块与光伏监控管理系统连接。本技术的优点是:功率优化装置直接与光伏组件相连，对每一个光伏组件实施最大功率跟踪，保证每一个光伏组件在任意光照条件下和任意组件特性下的最大功率输出。由于组件只与功率优化装置相连，光伏组件之间不存在任何的相互连接，能够从根本上消除不同光伏组件之间的影响，避免由于光照条件变化、组件局部遮挡、组件老化以及组件之间特性不一致造成的发电功率损失，实现系统发电功率的最大化。该设备具有转换效率最高可达99.5%、实时监控每块光伏组件运行状况、提升光伏系统的安全性、支持多种安装方式、25年寿命设计等特点。附图说明图1为本技术功率优化器结构方框示意图。图2为本技术结构示意图。图3为本技术通信系统结构示意图。附图中：1、功率优化器；2、无线模块；3、逆变器；4、光伏组件。具体实施方式太阳能模块光伏组件4产生的功率即电流(I)与电压(V)的乘积，在任何既定条件和既定时间下存在一个最佳点，即最大功率点(MPPT)，使太阳能模块产生最大功率输出。最大功率点跟踪(MPPT)是一种电子形式的跟踪技术，它利用算法和控制电路来搜索这个最大功率点，从而使转换器电路可以从光伏电池模块中获取最大功率。如图2所示，本装置主要包括功率优化器1，每个光伏组件4均连接一个功率优化器。若干个功率优化器串接在一起，然后接入逆变器。逆变器完成交直流逆变过程，接入电网。如图1所示，功率优化器主要结构。DC输入端依次连接输入端滤波器、MPPT控制器、直流母线、保护电路、输出端滤波器，输出端滤波器与DC输出端连接，DC输入端、输入端滤波器之间安装有直流防雷器。FPGA模块与输入端滤波器、MPPT控制器、直流母线连接；带有通讯装置的MCU控制系统与FPGA模块连接。所述通讯装置包括用于发射发电数据和状态信息的无线模块2。通讯装置还包括数据采集器，数据采集器通过通信模块与光伏监控管理系统连接，电脑或手机客户端通过无线网络信号与光伏监控管理系统连接。数据采集器采用型号AMC-101的信息采集器，数据采集器通过GPRS通信模块与光伏监控管理系统连接。MPPT控制器全称最大功率点跟踪太阳能控制器，采用常规的太阳能控制器。主要工作原理：每个光伏组件4（太阳能电池板）输出电能通过直流滤波后，在MPPT控制器进行BOOST变换，通过控制电路控制BOOST电路功率开关器件的占空比，达到对对光伏电池动态阻抗匹配的目的。控制电路用于进行最大功率跟踪控制，通过采集光伏电池输出的电压和电流信号，通过有效的MPPT控制算法输出占空比可变的PWM波，PWM波输出至BOOST电路功率开关器件，使BOOST电路和光伏电池阻抗匹配，从而达到最大功率跟踪的目的。控制电路主要由采样电路、FPGA主控模块、输出驱动电路构成。FPGA为通过软件手段更改、配置器件内部的逻辑单元和连接结构，完成既定设计功能的数字集成电路。FPGA选用CyclonevII系列的EP2C8Q208C8N器件作为主控器件。ADS7812PB作为MPPT控制器控制电路的电流和电压信号采样芯片。MCU控制系统采用PIC常用的单片机芯片，通过A/D接口采集控制电路的电压和电流，经过运算处理后经过无线模块发射至接收装置实现数据显示。本功率优化装置综合应用高能效功率电子变换技术、高速数字信号处理与控制技术、先进半导体集成电路技术、数据采集及监控技术、无线通信技术、网络通信与数据处理技术等开发，是一种直流输入、直流输出的组件级别电力电子设备(ModuleLevelPowerElectronics，MLPE)，通过和光伏组件的串接，采取一定的算法追踪单个组件的最大功率点(MPP)，按照降压或升降压拓扑的工作原理，用以解决光伏电站由于阴影遮挡或组件电气规格差异对发电量的影响，实现单个组件的最大功率输出，提升系统发电量，是光伏发电优化系统中的关键设备；具有最大能量转换、数据采集、无线通讯、安全管理等功能；可应用在不同规模的并网和离网光伏发电系统中。该设备具有转换效率最高可达99.5%、实时监控每块光伏组件运行状况、提升光伏系统的安全性、支持多种安装方式、25年寿命设计等特点。为了使功率优化装置更加智能化，实现对每个光伏组件的实时监测，在功率优化器中植入由FPGA模块、MCU控制系统等组成的智能监控系统。实时对光伏组件的发电数据和状态进行分析，对异常数据、状态信息做出预警，通过数据服务器（光伏监控管理系统）存储光伏组件的发电数据和状态信息，同时经过互联网将预警信息发送到数据采集器；同时，数据服务器还将严重的故障和预警信息通过邮件、短信等通知到发电系统的工作人员。电站工作人员可以通过电脑或手机登录到基于Web和数据服务器的光伏监控管理系统，对发电系统的当前发电量及运行状态等实时监控，同时可以对发电系统的历史数据、发电量以及发电数据进行分析。下面结合实施案例说明本装置的有益效果。下面两个表格为两种阴影条件下，传统连接方式与安装电源优化器以后的使用效果对比。表1、10%阴影条件下电源优化器系统和传统连接系统的发电量对比序号阵列方式遮挡情况系统安装容量平本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提升光伏电站发电量的智能电源优化装置，其特征在于：包括与光伏组件（4）连接的功率优化器（1），多个功率优化器（1）串接在一起接入逆变器（3）；功率优化器（1）DC输入端依次连接输入端滤波器、MPPT控制器、直流母线、保护电路、输出端滤波器，输出端滤波器与DC输出端连接，DC输入端、输入端滤波器之间安装有直流防雷器，FPGA模块与输入端滤波器、MPPT控制器、直流母线连接；带有通讯装置的MCU控制系统与FPGA模块连接。

【技术特征摘要】
1.一种提升光伏电站发电量的智能电源优化装置，其特征在于：包括与光伏组件（4）连接的功率优化器（1），多个功率优化器（1）串接在一起接入逆变器（3）；功率优化器（1）DC输入端依次连接输入端滤波器、MPPT控制器、直流母线、保护电路、输出端滤波器，输出端滤波器与DC输出端连接，DC输入端、输入端滤波器之间安装有直流防雷器，FPGA模块与输入端滤波器、MPPT控制器、直流母线连接；带有通讯装置的MCU控制系统与FPGA模块连接。2.根据权利要求1所述的提升光伏电站发电量...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐贵阳，陈润超，李冉，巩甜磊，
申请(专利权)人：山东力诺电力设计咨询有限公司，
类型：新型
国别省市：山东,37