可过流保护的功率优化装置、光伏发电系统及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种可过流保护的功率优化装置、光伏发电系统及其控制方法，涉及光伏并网发电技术领域，该优化装置包括具有第一开关件的功率变换模块、控制模块和辅助电源，以及光伏单元与电力获取系统的连接回路的第二开关件，其一方面通过控制第一开关件，使优化装置输出电流降低到安全范围，另一方面通过控制第二开关件，在严重的过流状况下断开光伏组件的对外输出，并能消除过流影响后恢复光伏组件对外连通，可自动而智能地地解决过流问题，延长光伏发电系统的使用寿命，延长发电运行的时长，减少人工管理的成本，并电路结构简单，无需构建复杂通讯结构，具有兼顾成本、效率和安全上的优势。上的优势。上的优势。

【技术实现步骤摘要】
可过流保护的功率优化装置、光伏发电系统及其控制方法


[0001]本专利技术涉及光伏并网发电
，特别是涉及一种可过流保护的功率优化装置，包含有该功率优化装置的光伏发电系统，以及优化装置的过流保护控制方法。

技术介绍

[0002]光伏发电技术是利用半导体而将光能直接转变为电能的一种技术。随新能源的发展，太阳能发电也得到了广泛的应用。在光伏发电系统中，主要是通过若干光伏组件串联成光伏组件串，再将若干光伏组串呈阵列地输出到逆变器，经逆变器转换为交流电后传输至电网。按照行业安规要求，在串组式光伏系统中，带有MPPT(最大电力跟踪)的组串的串数超过两路时需要安装保护装置。光伏组件或组串当发生绝缘破会、金属接头松动、元件老化、动物撕咬等状况，不仅会造成光伏系统的短路或过电流；再有会产生拉弧现象，导致接线盒、接线头、线缆等造成烧损。特别是当光伏组件带有Buck型或Buck
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Boost型功率优化器时，当太阳辐照条件特别好，而优化器处于低占空比状况，由于优化器的降压升流作用，优化器的输出电流可能会超出限值。
[0003]现有技术中，光伏组件串的过电路和短路的保护主要依赖于熔丝。而由熔丝本身的特性已经难以适应光伏发电系统的发展。一方面，随系统电压的提升，配套熔丝的体积也需要相应增加，成本优势在下降；另一方面，熔丝熔断后不能受控地自启动；再有，光伏组件串和光伏组件伏安特性决定其短路电流仅略大于工作电流，导致熔丝不能准确判断过流和短路。
[0004]为了在过流关断后重新启动光伏组件，现有技术的过流保护装置需要中央控制器持续发送心跳通讯信号，或者，需要位于直流总线上的关断控制模块发送周期性激励脉冲源；而这两种方案中，需在光伏组件的接线盒中设置额外的接收模块，从而增加了光伏组件关断器硬件成本。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术存在的缺陷，本专利技术的主要目的在于提供一种可过流保护的功率优化装置，包含有该功率优化装置的光伏发电系统，以及优化装置的过流保护控制方法，一方面可利用功率优化装置在进行最大功率跟踪的基础上调节其输出端的电流，减少过流的发生；另一方面可在过流发生后可快速关闭优化装置，防止过流对优化装置本身、回流装置和逆变装置等光伏系统所造成的损害，实现提高在光伏系统中的光伏组件级别上配置功率优化装置的安全性、稳定性和效率。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：
[0007]本专利技术在一方面提供了一种可过流保护的功率优化装置，该优化装置包括功率变换模块、控制模块和辅助电源，所述功率变换模块连接在光伏单元与电力获取系统的连接回路，辅助电源取电连接于光伏单元并供电连接于控制模块，控制模块控制连接于功率变换模块；
[0008]所述功率变换模块包括第一开关件，所述控制模块以脉冲调制信号控制连接于第一开关件，以使光伏单元的输出端电参量设置在最大功率点；所述优化装置还包括连接在光伏单元与电力获取系统的连接回路的第二开关件，所述控制模块以开关信号控制连接于所述第二开关件；
[0009]所述控制模块获取功率变换模块输出端的电流参量，并将电流参量第一预设限值和第二预设限值作比较，在电流参量超出第一预设限值时调节脉冲调制信号，以使电流参量不超过限制；在电流参量超出第二预设限制且脉冲调制信号达至可调的限制，则确认优化装置过流状况，并控制第二开关件关断以断开光伏单元和电力获取系统的连接。
[0010]上述功率优化装置，可选的有，所述控制模块对因优化装置过流状况而关闭进行第一计数，并在延时预设时间后在经对第一计数的判定后尝试恢复优化装置运行，若第一计数在预设要求以内，则由第二控制单元重新导通第二开关件并恢复优化装置运行；若第二计数在预设要求以外，则在当天保持第二开关件的关断。
[0011]上述功率优化装置，可选的有，所述控制模块对因优化装置过流异常而当天关闭进行第二计数，并在辅助电源一天中首次获电后在经对第二计数的判定后尝试恢复优化装置运行，若第二计数在预设要求以内，则启动优化装置的运行；若第二计数在预设要求以外，则确认优化装置过流故障，则不启优化装置的运行。
[0012]上述功率优化装置，可选的有，所述功率变换模块为Buck型或Boost型或Boost
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Buck型的直流斩波电路，所述第一开关件连接在光伏单元与电力获取系统的连接回路，所述控制模块以开关信号控制连接于所述第二开关件。
[0013]上述功率优化装置，可选的有，所述功率变换模块为降压式Buck直流斩波电路，其包括输入电容、作为所述第一开关件的开关元件、电感器、作为所述储能元件的输出电容；所述第一开关件、电感器和第二开关件依次串联于直流斩波电路的正极路，所述输入电容正负回路并联连接在功率变换模块的输入端和第一开关件之间，所述输出电容正负极并联地连接在电感器和第二开关件之间。
[0014]上述功率优化装置，可选的有，所述控制模块包括用于控制第一开关件的第一采集单元、第一判断单元、第一控制单元和第一驱动单元，以及控制所述第二开关件的第二采集单元、第二判断单元、第二控制单元和第二驱动单元；
[0015]所述第一采集单元用于采集光伏单元输出端的电压和电流参量；
[0016]所述第一判断单元用于判断电压和电流参量的变化特征，并驱使第一控制单元满足功率最大化要求地执行相应的操作；
[0017]所述第一控制单元用于根据判断结果输出脉冲调制信号；
[0018]所述第一驱动单元以经脉冲调制的驱动信号控制第一开关件运行，以将光伏单元输出端的电参量设置在最大功率点；
[0019]所述第二采集单元用于采集功率转换模块输出端的电流参量；
[0020]所述第二判断单元用于根据功率转换模块输出端的电流参量与第一预设电流限值和第二预设电流限值作比较判断；
[0021]所述第二控制单元在电流参量超出第一预设电流限值，由第一控制单元调节脉冲调制信号使输出电流下降；在脉冲调制信号达到可调的限制且电流参量产出第二预设电流限值，以开关量控制第二开关件关闭；
[0022]所述第二驱动单元以经开关量调制的驱动信号控制第二开关件的关断和导通。
[0023]上述功率优化装置，可选的有，所述控制模块还包括第一计数单元和第二计数单元，
[0024]所述第一计数单元用于对因优化装置过流状况而关闭进行计数，所述第二判断单元在延时预设时间后对第一计数进行判断，若第一计数在预设要求以内，则由第二控制单元重新导通第二开关件并恢复优化装置运行；若第二计数在预设要求以外，则在当天保持第二开关件的关断；
[0025]所述第二计数单元用于对因优化装置过流异常而当天关闭进行计数，所述第二判断单元在日辅助电源一天中首次获电后对第二计数进行判断，若第二计数在预设要求以内，则启动优化装置的运行；若第二计数在预设要求以外，则确认优化装置过流故障，则不启优化装置的运行。
[0026]本专利技术相匹配地提供了一种控制方法，用于控制上述的功率优化装置，该方法包括：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可过流保护的功率优化装置，其特征是，该优化装置(E)包括功率变换模块(E1)、控制模块(E2)和辅助电源(E3)，所述功率变换模块(E1)连接在光伏单元与电力获取系统的连接回路，辅助电源(E3)取电连接于光伏单元并供电连接于控制模块(E2)，控制模块(E2)控制连接于功率变换模块(E1)；所述功率变换模块(E1)包括第一开关件(S1)，所述控制模块(E2)以脉冲调制信号控制连接于第一开关件(S1)，以使光伏单元的输出端电参量设置在最大功率点；所述优化装置(E)还包括连接在光伏单元与电力获取系统的连接回路的第二开关件(S2)，所述控制模块(E2)以开关信号控制连接于所述第二开关件(S2)；所述控制模块(E2)获取功率变换模块(E1)输出端的电流参量，并将电流参量第一预设限值和第二预设限值作比较，在电流参量超出第一预设限值时调节脉冲调制信号，以使电流参量不超过限制；在电流参量超出第二预设限制且脉冲调制信号达至可调的限制，则确认优化装置(E)过流状况，并控制第二开关件(S2)关断以断开光伏单元和电力获取系统的连接。2.如权利要求1所述的功率优化装置，其特征是，所述控制模块(E2)对因优化装置(E)过流状况而关闭进行第一计数，并在延时预设时间后在经对第一计数的判定后尝试恢复优化装置(E)运行，若第一计数在预设要求以内，则由第二控制单元(23)重新导通第二开关件(S2)并恢复优化装置(E)运行；若第二计数在预设要求以外，则在当天保持第二开关件(S2)的关断。3.如权利要求2所述的功率优化装置，其特征是，所述控制模块(E2)对因优化装置(E)过流异常而当天关闭进行第二计数，并在辅助电源(E3)一天中首次获电后在经对第二计数的判定后尝试恢复优化装置(E)运行，若第二计数在预设要求以内，则启动优化装置(E)的运行；若第二计数在预设要求以外，则确认优化装置(E)过流故障，则不启优化装置(E)的运行。4.如权利要求1所述的功率优化装置，其特征是，所述功率变换模块(E1)为Buck型或Boost型或Boost
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Buck型的直流斩波电路，所述第一开关件(S1)连接在光伏单元与电力获取系统的连接回路，所述控制模块(E2)以开关信号控制连接于所述第二开关件(S2)。5.如权利要求4所述的功率优化装置，其特征是，所述功率变换模块(E1)为降压式Buck直流斩波电路，其包括输入电容(C1)、作为所述第一开关件(S1)的开关元件、电感器(L)、作为所述储能元件(C)的输出电容(C2)；所述第一开关件(S1)、电感器(L)和第二开关件(S2)依次串联于直流斩波电路的正极路，所述输入电容(C1)正负回路并联连接在功率变换模块(E1)的输入端和第一开关件(S1)之间，所述输出电容(C2)正负极并联地连接在电感器(L)和第二开关件(S2)之间。6.如权利要求1所述的功率优化装置，其特征是，所述控制模块(E2)包括用于控制第一开关件(S1)的第一采集单元(11)、第一判断单元(12)、第一控制单元(13)和第一驱动单元(14)，以及控制所述第二开关件(S2)的第二采集单元(21)、第二判断单元(22)、第二控制单元(23)和第二驱动单元(24)；所述第一采集单元(11)用于采集光伏单元输出端的电压和电流参量；所述第一判断单元(12)用于判断电压和电流参量的变化特征，并驱使第一控制单元(13)满足功率最大化要求地执行相应的操作；
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【专利技术属性】
技术研发人员：宋悦，陈泽熙，
申请(专利权)人：广州中旭新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：