光伏发电系统以及电子设备

文档序号:1892921 发布日期:2021-11-26 浏览:23次 >En<

阅读说明:本技术 光伏发电系统以及电子设备 (Photovoltaic power generation system and electronic device ) 是由 孟令孔 王浩 刘荣 石孙节 付世强 于 2021-09-15 设计创作,主要内容包括:本发明提供了一种光伏发电系统以及电子设备,其中的系统包括,一个或多个光伏模块、光伏逆变模块,光伏模块的两端连接光伏逆变模块,或多个光伏模块并联后的两端连接光伏逆变模块;光伏模块包括串联的n个第一光伏单元和i个第二光伏单元,第一光伏单元包括第一光伏组件、关断装置,第一光伏组件的第一端和第二端连接关断装置,关断装置连接对应的上一个光伏单元和对应的下一个光伏单元;第二光伏单元包括第二光伏组件,第二光伏组件的第一端连接上一个光伏单元,第二光伏组件的第二端连接下一个光伏单元,i个第二光伏单元的开路电压之和匹配于光伏逆变模块的电压阈值。本发明可以实现系统搭配的灵活性,提高光伏逆变模块的利用率。(The invention provides a photovoltaic power generation system and electronic equipment, wherein the system comprises one or more photovoltaic modules and photovoltaic inversion modules, wherein two ends of each photovoltaic module are connected with the photovoltaic inversion modules, or two ends of each photovoltaic module after being connected in parallel are connected with the photovoltaic inversion modules; the photovoltaic module comprises n first photovoltaic units and i second photovoltaic units which are connected in series, each first photovoltaic unit comprises a first photovoltaic assembly and a turn-off device, the first end and the second end of each first photovoltaic assembly are connected with the turn-off devices, and the turn-off devices are connected with the corresponding last photovoltaic unit and the corresponding next photovoltaic unit; the second photovoltaic unit comprises a second photovoltaic assembly, the first end of the second photovoltaic assembly is connected with the previous photovoltaic unit, the second end of the second photovoltaic assembly is connected with the next photovoltaic unit, and the sum of the open-circuit voltages of the i second photovoltaic units is matched with the voltage threshold of the photovoltaic inverter module. The invention can realize the flexibility of system collocation and improve the utilization rate of the photovoltaic inverter module.)

光伏发电系统以及电子设备

技术领域

本发明涉及光伏发电技术领域,尤其涉及一种光伏发电系统以及电子设备。

背景技术

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术,主要包括光伏组件和光伏逆变器,太阳能电池单元经过串联后进行封装保护可形成大面积的光伏组件。光伏逆变器可以通过对光伏组件的实现对电网供电的控制。

光伏逆变器的主要控制原则是最大功率点追踪(Maximum power pointtracking,MPPT),即使组件工作在电压Vmp点,即组件工作在最大功率点,但系统搭配时,必须考虑组件的开路电压Voc(可例如图2中所示),组串中m个组件的开路电压Voc之和不能超过光伏逆变器的最大电压阈值,即mVoc<Vinv,这就限制了光伏系统的搭配灵活性。

发明内容

本发明提供一种光伏发电系统以及电子设备,以解决系统搭配不灵活、光伏逆变器使用率低的问题。

根据本发明的第一方面,提供了一种光伏发电系统,包括一个或多个光伏模块、光伏逆变模块,所述光伏模块的两端连接所述光伏逆变模块,或所述多个光伏模块并联后的两端连接所述光伏逆变模块;

所述光伏模块包括串联的n个第一光伏单元和i个第二光伏单元,所述第一光伏单元包括第一光伏组件、关断装置,所述第一光伏组件的第一端和第二端连接所述关断装置,

其中,所述关断装置连接对应的上一个光伏单元和对应的下一个光伏单元,或所述关断装置连接所述光伏逆变模块和对应的下一个光伏单元,其中n≥1,i≥1;

所述第二光伏单元包括第二光伏组件,所述第二光伏组件的第一端连接上一个光伏单元,所述第二光伏组件的第二端连接下一个光伏单元,或所述第二光伏组件的第二端连接所述光伏逆变模块;

所述i个第二光伏单元的开路电压之和匹配于所述光伏逆变模块的电压阈值;

所述光伏逆变模块用于:当所述光伏逆变模块开始工作时,根据所述光伏模块两端的电压,确定控制信号,并向所述关断装置发送所述控制信号;

所述关断装置用于:接收所述控制信号,并根据所述控制信号,控制所述关断装置的通断状态,以使得所述光伏模块两端的电压升高或降低。

可选的,所述关断装置用于根据所述控制信号,控制所述关断装置开通或关断,以使得所述光伏模块两端的电压升高或降低时,具体用于:

当所述关断装置接收到的控制信号形成了所述关断装置对应的开通信号时,所述关断装置开通,以使得所述光伏模块两端的电压升高;

当所述关断装置在目标时段内未接收到所述关断装置对应的开通信号时,所述关断装置关断,以使得所述光伏模块两端的电压降低。

可选的,所述控制信号包括编码序列,所述编码序列包括至少一组指定字符,不同关断装置的开通信号对应的指定字符的数量是不同的。

可选的,所述光伏逆变模块用于根据所述光伏模块两端的电压,确定控制信号时,具体用于:

当所述电压阈值与所述光伏模块两端的电压的电压差值小于第一阈值时,所述编码序列中指定字符的数量减少1组;

当所述电压差值大于第二阈值时,所述编码序列中指定字符的数量增加1组;

当所述电压差值大于所述第一阈值且小于所述第二阈值时,所述编码序列中指定字符的数量不变。

可选的,所述关断装置包括开关、微控制器、信号接收电路、旁路二极管;所述光伏逆变模块包括光伏逆变器、信号发送单元;

所述光伏逆变器的第一端连接所述光伏模块的第一端,所述光伏逆变器的第二端连接所述光伏模块的第二端,所述光伏逆变器用于:接收所述光伏模块两端的电压,并根据所述光伏模块两端的电压生成所述控制信号;

所述信号发送单元连接所述光伏逆变器,所述信号发送单元用于:将接收到的所述控制信号发送至所述信号接收电路;

所述信号接收电路连接所述微控制器,所述信号接收电路用于:接收所述控制信号,并将所述控制信号进行滤波和放大后反馈至所述微控制器,

所述开关串联于所述第一光伏组件的第一端,所述开关的控制端连接微控制器,所述微控制器用于:

根据接收到的控制信号,控制所述开关导通或关断;

所述旁路二极管的负极连接所述开关的第二极,所述旁路二极管的正极连接所述第一光伏组件的第二端。

可选的,所述信号接收电路包括第一信号变压器、PLC信号接收子电路,所述信号发送单元包括第二信号变压器、信号发送子单元、逆变电容;

所述信号发送子单元连接所述光伏逆变器,所述信号发送子单元连接所述第二信号变压器的第一侧,所述信号发送子单元用于:接收所述控制信号,并将所述控制信号反馈至所述第二信号变压器;

所述第二信号变压器的第二侧的第一端通过所述逆变电容连接至所述光伏模块的第一端,所述第二信号变压器的第二侧的第二端连接所述光伏模块的第二端;所述第二信号变压器用于:将所述控制信号耦合到电力线上,并通过所述电力线反馈至所述光伏模块;

所述第一信号变压器的第一侧的第一端连接所述第一光伏组件的第二端,所述第一信号变压器的第一侧的第二端连接对应的光伏单元;所述第一信号变压器的第二侧连接所述PLC信号接收子电路;所述第一信号变压器用于:将所述控制信号从所述电力线上解耦出来,并将所述控制信号反馈至所述PLC信号接收子电路;

所述PLC信号接收子电路连接所述微控制器,所述PLC信号接收子电路用于:将接收到的所述控制信号反馈至所述微控制器。

可选的,所述信号发送单元与所述信号接收电路通过无线通信的方式实现信号的发送与接收。

可选的,所述无线通信方式包括任意之一:

蓝牙通信、wifi通信、射频通信。

可选的,所述关断装置还包括旁路电容,所述旁路电容的一端连接所述开关的第二极,所述旁路电容的另一端连接所述第一光伏组件的第二端。

根据本发明的第二方面,提供了一种电子设备,包括本发明第一方面及其可选方案所述的光伏发电系统。

本发明提供的光伏发电系统以及电子设备,通过检测光伏模块两端的电压,来控制光伏模块中关断装置的开通或关断,相较于部分方案中根据光伏组件的开路电压,设计光伏发电系统中光伏组件的数量,本发明可以根据光伏模块的实时电压,来增加或减少接入光伏发电系统中的光伏组件的数量,实现对系统的灵活搭配,同时,部分组件通过关断装置连接系统,便于实现组件的增加或减少;

此外,本发明还可以实现更多组件接入光伏发电系统中,可以提高光伏逆变模块的利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例中光伏发电系统的结构示意图一;

图2是本发明一实施例中光伏组件的P-V曲线图;

图3是本发明一实施例中确定控制信号的流程示意图;

图4是本发明一实施例中光伏发电系统的结构示意图二;

图5是本发明一实施例中关断装置的电路示意图一;

图6是本发明一实施例中关断装置的电路示意图二;

图7是本发明一实施例中光伏发电系统的结构示意图二。

附图标记:

1-光伏模块;

2-光伏逆变模块;

11-第一光伏单元;

12-第二光伏单元;

111-第一光伏组件;

112-关断装置;

1121-微控制器;

1122-信号接收电路;

11221-PLC信号接收子电路;

121-第二光伏组件;

21-光伏逆变器;

22-信号发送单元;

221-信号发送子电路;

Q-开关;

D-旁路二极管;

C1-旁路电容;

C2-逆变电容;

T1-第一信号变压器;

T2-第二信号变压器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合,对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

请参考图1,本发明一实施例提供了一种光伏发电系统,包括一个或多个光伏模块1、光伏逆变模块2,所述光伏模块1的两端连接所述光伏逆变模块2,或所述多个光伏模块1并联后的两端连接所述光伏逆变模块2;

所述光伏模块1包括串联的n个第一光伏单元11和i个第二光伏单元12,所述第一光伏单元11包括第一光伏组件111、关断装置112,所述第一光伏组件111的第一端和第二端连接所述关断装置112,

其中,所述关断装置112连接对应的上一个光伏单元和对应的下一个光伏单元,或所述关断装置112连接所述光伏逆变模块2和对应的下一个光伏单元,其中n≥1,i≥1;

所述第二光伏单元12包括第二光伏组件121,所述第二光伏组件121的第一端连接上一个光伏单元,所述第二光伏组件121的第二端连接下一个光伏单元,或所述第二光伏组件的第二端连接所述光伏逆变模块2;

其中第一光伏组件111与第二光伏组件121中串联的光伏电池单元的数量可以是相同的,也可以是不同的;

所述i个第二光伏单元12的开路电压之和匹配于所述光伏逆变模块2的电压阈值;

所述光伏逆变模块2用于:当所述光伏逆变模块2开始工作时,根据所述光伏模块1两端的电压,确定控制信号,并向所述关断装置112发送所述控制信号;

进一步举例中,光伏逆变模块还用于控制光伏模块的光伏组件处于最大功率点,并光伏模块中光伏组件产生的直流电能转换为定频定压或调频调压交流电;

所述关断装置112用于:接收所述控制信号,并根据所述控制信号,控制所述关断装置112的通断状态,以使得所述光伏模块1两端的电压升高或降低,以上可以理解为,当关断装置开通时,关断装置对应的第一光伏组件会接入光伏发电系统中,进而光伏模块中,提供电压的光伏组件的数量增多,光伏模块两端的电压就会升高;

其中的n个关断装置的初始状态均为关断状态,当光伏逆变模块开始工作后,关断装置会根据接收到的控制信号开通或关断。

下面结合图2,阐述本发明一实施例中的工作原理以及积极效果:

光伏组件两端的电压与电流的变化曲线,由图中可以看出,光伏组件未连接负载,例如光伏逆变模块未开始工作时,光伏组件产生的电压未被负载消耗,电压最高,此时电压即为光伏组件的开路电压Voc,当光伏组件连接负载后,例如光伏逆变模块开始工作后,光伏组件的两端的电压会慢慢降低,然后光伏逆变模块会控制光伏组件工作在最大功率点,此时光伏组件两端的电压为Vmp,光伏模块两端的电压就会远小于光伏逆变模块的电压阈值,此时光伏逆变模块会根据光伏模块两端的电压产生对应的控制信号,控制n个关断装置中的至少一个关断装置开通,以提升光伏模块两端的电压,提高光伏逆变模块的利用率;

此外,在光伏发电系统工作的过程中,由于突发状况或其他原因,造成光伏模块两端电压发生改变时,光伏逆变模块还可以根据检测到的光伏模块两端的电压,控制n个关断装置中的部分关断装置开通或关断,改变光伏模块两端的电压,实现对系统中接入的光伏组件的灵活控制,通过光伏逆变模块控制接入系统的光伏组件的数量,相比于人工调整,更加灵活便捷;

相较于部分方案中根据光伏组件的开路电压,设计光伏发电系统中光伏组件的数量,本发明可以根据光伏模块两端的电压,来增加或减少接入光伏发电系统中的光伏组件的数量,实现对系统的灵活搭配,同时,部分组件例如第二光伏组件,通过关断装置连接系统,便于实现组件的增加或减少;

此外,本发明还可以实现更多组件接入光伏发电系统中,可以提高光伏逆变模块的利用率。

一种实施方式中,所述关断装置112用于根据所述控制信号,控制所述关断装置112开通或关断,以使得所述光伏模块1两端的电压升高或降低时,具体用于:

当所述关断装置112接收到的控制信号形成了所述关断装置112对应的开通信号时,所述关断装置112开通,以使得所述光伏模块1两端的电压升高;

当所述关断装置112在目标时段内未接收到所述关断装置112对应的开通信号时,所述关断装置112关断,以使得所述光伏模块1两端的电压降低。

进一步举例中,关断装置112用于确定其在目标时段内未接收到关断装置112对应的开通信号时,具体包括:关断装置通过自身的计时功能实现其关断,例如,当关断装置接收到对应的开通信号后,关断装置的计时清零,当重新开始计时,当关断装置计时的数值匹配于目标时长时,关断装置控制自身进入关断状态,从而将其对应的第一光伏组件从系统中开路,降低光伏模块两端的电压。

一种举例中,不同关断装置的开通信号是相同的,进而n个关断装置可以对应n个编号,每个编号对应部分控制信号,可以是开通信号或关断信号,关断装置根据接收到的控制信号中,对应编号的部分控制信号,实现开通或关断的控制;

再一种举例中,不同关断装置的开通信号是相同的,进而控制信号中可以包括至少一个关断装置的开通信号,当关断装置判断出控制信号中包含该关断装置对应的开通信号,则该关断装置就会开通。

以上实施方式中,在同一个控制信号中包含不同关断装置的开通信号或关断信号,而无需分别发送控制信号到对应的关断装置,便于实现对多个关断装置对应的第二光伏组件的灵活控制,节省时间和工作效率,简化算法。

一种实施方式中,所述控制信号包括编码序列,所述编码序列包括至少一组指定字符,不同关断装置的开通信号对应的指定字符的数量是不同的。

表1:

编号 编码序列 开通关断装置
1 0x55000000000000000000 第1个
2 0x55550000000000000000 第1,2个
3 0x55555500000000000000 第1,2,3个
4 0x55555555000000000000 第1,2,3,4个
5 0x55555555550000000000 第1,2,3,4,5个
6 0x55555555555500000000 第1,2,3,4,5,6个
7 0x55555555555555000000 第1,2,3,4,5,6,7个
8 0x55555555555555550000 第1,2,3,4,5,6,7,8个
9 0x55555555555555555500 第1,2,3,4,5,6,7,8,9个
10 0x55555555555555555555 第1,2,3,4,5,6,7,8,9,10个

下面结合表1,对本发明一实施例中的控制信号进行进一步阐述:

假设光伏发电系统中共有10个关断装置,对每个关断装置从1-10进行编号,一组编码序列为一个控制信号,控制信号一共有10个bytes,光伏逆变模块每秒发送一次控制信号,00x55为一个on编码序列(即指定字符),连续的on编码序列的数量表明了需要开通的关断装置的数量,关断装置根据接收到的一组编码序列中on编码的数量以及该关断装置对应的编号,确定是否需要开通,例如,编号1的关断装置收到1个on编码序列开通,编号2的关断装置收到2个连续的on编码序列开通,编号3的关断装置收到3个连续的on编码序列开通,以此类推,编号m的关断装置收到m个连续的on编码序列开通,这样使得光伏逆变模块可对光伏模块两端的电压进行灵活控制,若光伏模块两端的电压接近光伏逆变模块的电压阈值,则减小连续on编码序列数量,若光伏模块两端的电压远低于光伏逆变模块的电压阈值,则逐步增加连续on编码序列。

一种实施方式中,所述光伏逆变模块2用于根据所述光伏模块两端的电压,确定控制信号时,具体用于:

当所述电压阈值与所述光伏模块两端的电压的电压差值小于第一阈值时,所述编码序列中指定字符的数量减少1组;

当所述电压差值大于第二阈值时,所述编码序列中指定字符的数量增加1组;

当所述电压差值大于所述第一阈值且小于所述第二阈值时,所述编码序列中指定字符的数量不变。

其中,第一阈值与第二阈值可以根据光伏组件的开路电压进行设置,一种举例中,第一阈值可以为一个光伏组件的开路电压,第二阈值为5个光伏组件的开路电压之和,或第二阈值为5个光伏组件的开路电压之和等,具体地,可以根据实际的应用场景以及光伏组件的开路电压进行设定。

一种举例中,控制信号的生成可例如图3中所示,其中的Vinv表示光伏逆变模块的电压阈值,Vstring表示光伏模块两端的电压,V1表示第一阈值,V2表示第二阈值,连续on编码序列数表示指定字符的组数其中,对于电压差值与第一阈值和第二阈值大小的判断的先后顺序可以改变,可以先比较Vinv-Vstring与V2的大小关系,再判断Vinv-Vstring与V1的大小关系。

请参考图4和图5,一种实施方式中,所述关断装置112包括开关Q、微控制器1121、信号接收电路1122、旁路二极管D;所述光伏逆变模块2包括光伏逆变器21、信号发送单元22;

所述光伏逆变器21的第一端连接所述光伏模块1的第一端,所述光伏逆变器21的第二端连接所述光伏模块2的第二端,所述光伏逆变器21用于:接收所述光伏模块两端的电压,并根据所述光伏模块两端的电压生成所述控制信号;

所述信号发送单元22连接所述光伏逆变器21,所述信号发送单元22用于:将接收到的所述控制信号发送至所述信号接收电路1122;

所述信号接收电路1122连接所述微控制器1121,所述信号接收电路1122用于:接收所述控制信号,并将所述控制信号进行滤波和放大后反馈至所述微控制器1121,

所述开关Q串联于所述第一光伏组件111的第一端,所述开关Q的控制端连接微控制器1121,所述微控制器1121用于:

根据接收到的控制信号,控制所述开关Q导通或关断;

所述旁路二极管D的负极连接所述开关Q的第二极,所述旁路二极管D的正极连接所述第一光伏组件1121的第二端;

图5中的OUT+和OUT-可以理解为关断装置的输出端,连接对应的上一个光伏单元(例如上一个关断装置的输出端)和对应的下一个光伏单元(例如下一个关断装置的输出端),或连接光伏逆变模块(例如光伏逆变器21的第一端)和对应的下一个光伏单元。

一种实施方式中,所述关断装置112还包括旁路电容C1,所述旁路电容C1的一端连接所述开关Q的第二极,所述旁路电容C1的另一端连接所述第一光伏组件111的第二端。

请参考图6和图7,一种实施方式中,所述信号接收电路1122包括第一信号变压器T1、PLC信号接收子电路11221,所述信号发送单元22包括第二信号变压器T2、信号发送子单元221、逆变电容C2;

所述信号发送子单元221连接所述光伏逆变器21,所述信号发送子单元221连接所述第二信号变压器T2的第一侧,所述信号发送子单元221用于:接收所述控制信号,并将所述控制信号反馈至所述第二信号变压器T2;

所述第二信号变压器T2的第二侧的第一端通过所述逆变电容C2连接至所述光伏模块1的第一端,所述第二信号变压器T2的第二侧的第二端连接所述光伏模块1的第二端;所述第二信号变压器T2用于:将所述控制信号耦合到电力线上,并通过所述电力线反馈至所述光伏模块1;

所述第一信号变压器T1的第一侧的第一端连接所述第一光伏组件111的第二端,所述第一信号变压器T1的第一侧的第二端连接对应的光伏单元;所述第一信号变压器T1的第二侧连接所述PLC信号接收子电路11221;所述第一信号变压器T1用于:将所述控制信号从所述电力线上解耦出来,并将所述控制信号反馈至所述PLC信号接收子电路11221;

所述PLC信号接收子电路11221连接所述微控制器1121,所述PLC信号接收子电路11221用于:将接收到的所述控制信号反馈至所述微控制器1121。

一种举例中,关断装置还包括PLC信号发送电路,PLC信号发送电路连接微控制器,以接收微控制器发出的关断器信号;

PLC信号发送电路连接第一信号变压器T1的第二侧的两端,以将关断器信号反馈至第一信号变压器T1;

第一信号变压器T1还用于:将接收到的关断器信号耦合到电力线上,并通过电力线反馈给第二信号变压器T2,进而反馈至光伏逆变器21,光伏逆变器21就可以实时检测到对应的关断装置是开通或关断,实现对关断装置精确地控制。

一种实施方式中,所述信号发送单元22与所述信号接收电路1122通过无线通信的方式实现信号的发送与接收。

进一步举例中,所述无线通信方式包括任意之一:

蓝牙通信、wifi通信、射频通信。

进一步地,信号接收电路1122和信号发送单元22包括对应的无线电信号的接收和发送器件,实现两者之间的无线通信,接收和发送器件可以根据无线通信方式进行设计。

本发明一实施例还提供了一种电子设备,包括前文所述的光伏发电系统。

最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

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