可智能管理工作模式的功率优化装置及其光伏发电系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种可智能管理工作模式的功率优化装置及其光伏发电系统，涉及光伏并网发电系统技术领域，旨在实现自动智能管理直通模式与功率变换模式。本发明专利技术的功率变换器设有控制模块，可在控制模块的控制下运行在功率变换模式或直通模式，并且，控制模块设置有模式使能电路，并根据接收到的模式信号而执行相应的模式控制，从而实现控制模块的逻辑架构简单、高变换控制分辨率且高运行效率；同时，本发明专利技术的本地管理器对功率变换模式与直通模式之间的切换的进行判断，并根据判断结果而对向功率变换器发送相应模式信号进行控制，从而允许设置复杂的工作模式管理逻辑，并允许经通讯而参考后级换设备决策进行管理。参考后级换设备决策进行管理。参考后级换设备决策进行管理。

【技术实现步骤摘要】
可智能管理工作模式的功率优化装置及其光伏发电系统


[0001]本公开涉及光伏并网发电系统
，具体涉及一种可智能管理工作模式的功率优化装置及其光伏发电系统。

技术介绍

[0002]MLPE是组件级电力电子（Module_Level_Power_Electronics）的简称，是指能对单个或几个光伏组件进行精细化控制的电力电子设备。在光伏领域，MLPE组件由光伏板和功率优化装置组成。其中，功率优化装置一般是由能实现功率变换和最大功率跟踪（MPPT）功能的功率变换器来实现。而功率变换器由直流变换电路及能控制直流变换电路进行功率变换和MPPT的控制模块所组成。
[0003]一方面，在光伏发电系统中，多个MLPE组件相互输出串联而构成MLPE光伏组串，而多个MLPE光伏组串再接入逆变器等设备进一步变换后进行发电并网。由于MLPE组件能实现光伏板的功率最大化，因而后级逆变器进行MPPT时直流侧电压将随机跳动而不能发挥作用，甚至将导致光伏系统的控制紊乱。另一方面，虽然MLPE组件能获得光伏效率提升，但功率变换器中的储能电感，开关器件增加系统的功率损耗。特别是，开关器件为满足高频使用要求，其最终选用器件的内阻势必会增大，这将进一步增加系统损耗。此外，开关器件长期运行在高频开关控制下，将缩短使用寿命，这将增加系统运行维护的成本。
[0004]为此，MLPE组件可以通过在直通模式和功率变换模式之间的切换，使得在直通模式时功率变换器直接将光伏板与MLPE光伏组串相导通，而不进行高频的功率变换，从而缓解MLPE组件中的功率损耗和使用寿命减损。同时，可利用后级逆变器的MPPT功能，使MLPE光伏组串功率最大化，并促使组串中处在直通模式的MLPE组件的功率最大化。
[0005]但是，在MLPE光伏组串中，为了确定需切换至直通模式的MLPE组件，以及确定需继续维持在功率变换模式的MLPE组件，这将要求功率变换器的控制模块执行复杂的逻辑判断，并进行相应的准确控制。传统的功率变换器的控制模块，采用模拟控制架构，虽然具有高控制分辨率、结构简单及器件成本低等的优势，但不具备参数监视、数据逻辑判断及通信等功能，难以实现工作模式的切换管理。但是，功率变换器的控制模块采用数字控制架构，不足以满足功率变换和最大功率跟踪控制的高性能要求。

技术实现思路

[0006]有鉴于现有技术存在的问题，本专利技术的主要目的在于提供一种可智能管理工作模式的功率优化装置，在功率变换和最大功率跟踪控制的高性能要求的基础上，实现功率优化装置可自动智能管理直通模式与功率变换模式，同时确保控制器件和外围器件的低成本、高分辨率及结构简单。
[0007]基于相同的专利技术构思，本专利技术的次要目的还在于提供一种包含该功率优化装置的光伏发电系统，在降低平准化度电成本（LCOE），以及无须借助通信直接干涉功MLPE组件运行的基础上，实现将MLPE组串中持续维持一定数量直通模式的MLPE组件，从而使功率优化
装置减少损耗、延长使用寿命。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术的第一方面采用的技术方案是：在第一方面，本专利技术提供了一种功率优化装置，包括功率变换器和本地管理器；所述功率变换器设有用于耦合到光伏单元的输入端和用于耦合到MLPE光伏组串的输出端；所述功率变换器还设有控制模块，所述控制模块控制功率变换器运行在直通模式或运行在功率变换模式，处于直通模式的所述功率变换器用于将光伏单元的电力直接连通至MLPE光伏组串，处于功率变换模式的所述功率变换器用于将光伏单元的电力经功率变换后连通至MLPE光伏组串；所述控制模块设置有模式使能电路，若模式使能电路接收到第一模式信号，所述控制模块控制功率变换器进行功率变换，以使功率变换器运行在功率变换模式；若模式使能电路接收到第二模式信号，所述控制模块停止控制功率变换器进行功率变换，以使功率变换器运行在直通模式；所述本地管理器用于判断并确认功率变换器是运行在功率变换模式还是运行在直通模式之间的切换，若确认运行在功率变换模式，则本地管理器向模式使能电路发送第一模式信号，若确认运行在直通模式，则本地管理器将模式使向模式使能电路发送第二模式信号。
[0009]上述功率优化装置可选的，所述功率变换器包括直流变换电路和直通电路；所述直流变换电路包括第一开关和第二开关，所述第一开关的第一端连接于功率变换器的输入端正极，所述第一开关的第二端连接于第二开关的第一端，所述第二开关的第二端连接于功率变换器的输入端负极及连接于所述输出端负极，所述第一开关与第二开关之间的中间端口耦合到功率变换器的输出端正极；所述直通电路包括第三开关，所述第三开关的第一端连接于功率变换器的输入端的极，所述第三开关的第二端连接于功率变换器的输出端正极。
[0010]进一步有，所述控制模块分别控制连接于第一开关、第二开关和第三开关；若模式使能电路接收到第一模式信号，则控制模块通过脉宽调制信号控制第一开关高频通断，通过所述脉宽调制信号的互补信号控制第二开关高频通断，以及通过关信号控制第三开关断开；若模式使能电路接收到第二模式信号，则控制模块通过关信号控制第二开关断开，以及通过开信号控制第三开关导通。
[0011]进一步有，所述控制模块分别控制连接于第一开关和第二开关，所述本地管理器控制连接于第三开关；本地管理器在功率变换模式时通过关信号控制第三开关断开，同时，模式使能电路将接收到第一模式信号，而控制模块将通过脉宽调制信号控制第一开关高频通断和通过所述脉宽调制信号的互补信号控制第二开关高频通断；本地管理器在直通模式时通过开信号控制第三开关导通，同时，模式使能电路将接收到第二模式信号，而控制模块通过关信号控制第二开关断开。
[0012]上述功率优化装置可选的，该功率优化装置还包括使能信号发生电路，所述使能信号发生电路的输出端连接于模式使能电路的输入端，所述使能信号发生电路设置有调修开关，所述本地管理器控制连接于调修开关，以使使能信号发生电路在生成第一模式信号和第二模式信号之间切换。
[0013]上述功率优化装置可选的，所述控制模块还包括：供电电路、基准电压产生电路、最大功率跟踪电路、逻辑控制电路和驱动电路；所述供电电路用于利用光伏单元的输出电能为基准电压产生电路、逻辑控制电路及驱动电路供电；所述基准电压产生电路分别连接
供电电路与最大功率跟踪电路，用于向最大功率跟踪电路提供用于确定脉宽调制信号的基准电压；所述最大功率跟踪电路用于根据功率变换器的电压与电流的信号并以此获得光伏单元的功率信号，根据所述功率信号和基准电压确定当前最大功率；所述逻辑控制电路分别输入连接于最大功率跟踪电路和模式使能电路，以及输出连接于驱动电路，用于若模式使能电路接收到第一模式信号，则根据所述最大功率确定脉宽调制信号并提供给驱动电路，若模式使能电路接收到第二模式信号，则生成开或关信号并提供给驱动电路；所述驱动电路用于根据逻辑控制电路的输出信号驱动功率变换器。
[0014]上述功率优化装置可选的，所述本地管理器包括：采样单元、时钟电路、管理单元、存储电路和接口电路；所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功率优化装置，其特征在于，包括功率变换器(20)和本地管理器(30)；所述功率变换器(20)设有用于耦合到光伏单元(10)的输入端和用于耦合到MLPE光伏组串(200)的输出端；所述功率变换器(20)还设有控制模块(23)，所述控制模块(23)控制功率变换器(20)运行在直通模式或运行在功率变换模式，处于直通模式的所述功率变换器(20)用于将光伏单元(10)的电力直接连通至MLPE光伏组串(200)，处于功率变换模式的所述功率变换器(20)用于将光伏单元(10)的电力经功率变换后连通至MLPE光伏组串(200)；所述控制模块(23)设置有模式使能电路(231)，若模式使能电路(231)接收到第一模式信号，所述控制模块(23)控制功率变换器(20)进行功率变换，以使功率变换器(20)运行在功率变换模式；若模式使能电路(231)接收到第二模式信号，所述控制模块(23)停止控制功率变换器(20)进行功率变换，以使功率变换器(20)运行在直通模式；所述本地管理器(30)用于判断并确认功率变换器(20)是运行在功率变换模式还是运行在直通模式之间的切换，若确认运行在功率变换模式，则本地管理器(30)向模式使能电路(231)发送第一模式信号，若确认运行在直通模式，则本地管理器(30)将模式使向模式使能电路(231)发送第二模式信号。2.如权利要求1所述的功率优化装置，其特征在于，所述功率变换器(20)包括直流变换电路(21)和直通电路(22)；所述直流变换电路(21)包括第一开关(M1)和第二开关(M2)，所述第一开关(M1)的第一端连接于功率变换器(20)的输入端正极，所述第一开关(M1)的第二端连接于第二开关(M2)的第一端，所述第二开关(M2)的第二端连接于功率变换器(20)的输入端负极及连接于所述输出端负极，所述第一开关(M1)与第二开关(M2)之间的中间端口耦合到功率变换器(20)的输出端正极；所述直通电路(22)包括第三开关(M3)，所述第三开关(M3)的第一端连接于功率变换器(20)的输入端的极，所述第三开关(M3)的第二端连接于功率变换器(20)的输出端正极。3.如权利要求2所述的功率优化装置，其特征在于，所述控制模块(23)分别控制连接于第一开关(M1)、第二开关(M2)和第三开关(M3)；若模式使能电路(231)接收到第一模式信号，则控制模块(23)通过脉宽调制信号控制第一开关(M1)高频通断，通过所述脉宽调制信号的互补信号控制第二开关(M2)高频通断，以及通过关信号控制第三开关(M3)断开；若模式使能电路(231)接收到第二模式信号，则控制模块(23)通过关信号控制第二开关(M2)关断，以及通过开信号控制第三开关(M3)导通。4.如权利要求2所述的功率优化装置，其特征在于，所述控制模块(23)分别控制连接于第一开关(M1)和第二开关(M2)，所述本地管理器(30)控制连接于第三开关(M3)；本地管理器(30)在功率变换模式时通过关信号控制第三开关(M3)断开，同时，模式使能电路(231)将接收到第一模式信号，而控制模块(23)将通过脉宽调制信号控制第一开关(M1)高频通断和通过所述脉宽调制信号的互补信号控制第二开关(M2)高频通断；本地管理器(30)在直通模式时通过开信号控制第三开关(M3)导通，同时，模式使能电路(231)将接收到第二模式信号，而控制模块(23)通过关信号控制第二开关(M2)关断。5.如权利要求1所述的功率优化装置，其特征在于，还包括使能信号发生电路(24)，所述使能信号发生电路(24)的输出端连接于模式使能电路(231)的输入端，所述使能信号发
生电路(24)设置有调修开关(M4)，所述本地管理器(30)控制连接于调修开关(M4)，以使使能信号发生电路(24)在生成第一模式信号和第二模式信号之间切换。6.如权利要求1所述的功率优化装置，其特征在于，所述控制模块(23)还包括：供电电路(232)、基准电压产生电路(233)、最大功率跟踪电路(234)、逻辑控制电路(235)和驱动电路(236)；所述供电电路(232)用于利用光伏单元(10)的输出电能为基准电压产生电路(233)、逻辑控制电路(235)及驱动电路(236)供电；所述基准电压产生电路(233)分别连接供电电路(232)与最大功率跟踪电路(234)，用于向最大功率跟踪电路(234)提供用于确定脉宽调制信号的基准电压；所述最大功率跟踪电路(234)...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈维，宋悦，
申请(专利权)人：江苏旭迈思电源科技有限公司，
类型：发明
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