本實用新型主要涉及光伏技術(shù)領(lǐng)域，特指一種光伏發(fā)電控制系統(tǒng)及光伏發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

通常太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是由多個光伏組件通過適當(dāng)?shù)拇⒙?lián)連接組成的光伏陣列和并網(wǎng)逆變器構(gòu)成的，由并網(wǎng)逆變器對所接的光伏組件陣列進(jìn)行整體的最大功率跟蹤（MPPT）調(diào)節(jié)，實現(xiàn)光伏陣列的最大功率輸出。由于是多塊光伏組件串聯(lián)，當(dāng)其中一塊光伏組件出現(xiàn)失配現(xiàn)象時，將影響整串光伏組件的功率輸出。在實際的光伏發(fā)電應(yīng)用中，許多光伏組件安裝時由于受場地和周邊物體的影響，往往會出現(xiàn)光伏組件之間，組件與逆變器之間不匹配的問題，使光伏組件無法發(fā)揮出其應(yīng)有的發(fā)電能力。如光伏組件部分被遮擋、空中的云影、附近物體的反射、光伏組件的傾斜角和方位角不同、光伏組件有灰塵、光伏組件溫度不均等，此時組件的輸出會因陣列光伏組件的發(fā)電效率不同而引起組件的失配問題，導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)電效能降低。經(jīng)實測，僅僅遮擋小部分的光伏組件就會引起25%-50%的電能損失。在今后最具發(fā)展前途的分布式光伏電站和屋頂光伏系統(tǒng)中，由于要與原有建筑相結(jié)合，可能無法保證太陽光始終不被遮擋，產(chǎn)生光伏陣列的局部陰影問題；同時還可能受建筑結(jié)構(gòu)的限制，光伏組件出現(xiàn)不同的安裝傾斜角和方位角，使光伏組件接收的太陽輻照量不同，產(chǎn)生組件之間的電流和電壓失配，從而導(dǎo)致光伏系統(tǒng)發(fā)電量的損失。

由以上分析可以看出，只有對單個組件進(jìn)行最大功率點跟蹤調(diào)節(jié)，才能解決光伏組串失配問題，盡量降低光伏系統(tǒng)的發(fā)電量損失?，F(xiàn)有對單個組件進(jìn)行最大功率點跟蹤的方案有微型逆變器和效率優(yōu)化單元，但體積和發(fā)熱均較大，不便于與光伏組件集成在一起，現(xiàn)均采用在光伏組件后端再連接相應(yīng)設(shè)備的方式組成系統(tǒng)。

目前光伏組件采用的接線盒，均不具備對單個光伏組件進(jìn)行最大功率點跟蹤的功能，多數(shù)僅僅具有熱斑防護(hù)功能，且是采用旁路二極管方案，具有較高的導(dǎo)通功耗和較大的反向漏電流。在組件正常工作時，較大的反向漏電流消耗了部分功率，降低了光伏組件的效率；而在發(fā)生熱斑二極管導(dǎo)通時，又由于較高的導(dǎo)通壓降而造成較大的導(dǎo)通損耗，引起二極管發(fā)熱，存在安全隱患。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型要解決的技術(shù)問題就在于：針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本實用新型提供一種結(jié)構(gòu)簡單、功能豐富、可靠性高的光伏發(fā)電控制系統(tǒng)，并相應(yīng)提供一種結(jié)構(gòu)簡單、功能豐富、可靠性高的光伏發(fā)電系統(tǒng)。

為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提出的技術(shù)方案為：

一種光伏發(fā)電控制系統(tǒng)，包括控制單元、MPPT效率優(yōu)化單元和通訊接口單元，所述MPPT效率優(yōu)化單元的輸入端與光伏發(fā)電系統(tǒng)中的光伏組件的輸出端相連、用于實現(xiàn)光伏組件輸出功率的功率變換；所述控制單元與所述MPPT效率優(yōu)化單元和通訊接口單元相連，用于采集MPPT效率優(yōu)化單元的運(yùn)行信息并對MPPT效率優(yōu)化單元的啟閉進(jìn)行控制、以及與外部設(shè)備的通信控制。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)：

所述MPPT效率優(yōu)化單元包括依次相連的信號采集模塊、MPPT模塊、PWM驅(qū)動模塊和功率模塊；所述信號采集模塊與所述光伏組件相連、用于采集光伏組件的輸出電壓、輸出電流以及功率模塊的輸出電壓并發(fā)送給MPPT模塊，所述MPPT模塊用于根據(jù)采集信號生成PWM信號并發(fā)送給PWM驅(qū)動模塊，所述PWM驅(qū)動模塊用于生成PWM驅(qū)動信號控制功率模塊的通斷以實現(xiàn)功率變換。

所述MPPT效率優(yōu)化單元還包括邏輯控制模塊，所述邏輯控制模塊分別與信號采集模塊和PWM驅(qū)動模塊相連，所述邏輯控制模塊用于根據(jù)信號采集模塊采集的MPPT效率優(yōu)化單元溫度以實現(xiàn)各模塊的保護(hù)控制。

所述功率模塊包括四個并聯(lián)的第一MOSFET功率管，四個第一MOSFET功率管的導(dǎo)通角依次相差90度。

所述MPPT效率優(yōu)化單元的輸出端并聯(lián)有用于在MPPT效率優(yōu)化單元不工作時閉合的第一旁路開關(guān)。

所述控制單元通過SPI接口與所述MPPT效率優(yōu)化單元相連。

所述控制單元通過SCI接口與所述通訊接口單元相連。

本實用新型還公開了一種光伏發(fā)電系統(tǒng)，包括多個相互串聯(lián)的光伏組件，每個光伏組件并聯(lián)有一個第二旁路開關(guān)，還包括如上所述的光伏發(fā)電控制系統(tǒng)，所述光伏組件的輸出端與所述MPPT效率優(yōu)化單元的輸入端相連。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)：

所述第二旁路開關(guān)包括第三MOSFET功率管、驅(qū)動電路、電荷泵以及儲能電容，所述電荷泵與所述儲能電容相連，所述電荷泵與所述驅(qū)動電路相連，所述驅(qū)動電路與所述第三MOSFET功率管相連。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點在于

本實用新型的光伏發(fā)電控制系統(tǒng)，具有最大功率點追蹤功能（MPPT功能），集成度以及可靠性高，以及具有通信功能，外部設(shè)備可通過通訊接口單元對MPPT效率優(yōu)化單元進(jìn)行遙控遙測。本實用新型的光伏發(fā)電系統(tǒng)同樣具有如上所述的優(yōu)點，而且功能豐富、可靠性高。另外通過旁路開關(guān)（功率管及配套電路）替代二極管，大大低于傳統(tǒng)二極管旁路電路的損耗，有利于降低設(shè)備的工作溫度，延長其使用壽命。

附圖說明

圖1為本實用新型中光伏發(fā)電系統(tǒng)的方框結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本實用新型中MPPT效率優(yōu)化單元的方框結(jié)構(gòu)圖。

圖3為本實用新型中旁路開關(guān)的方框結(jié)構(gòu)圖。

圖中標(biāo)號表示：1、光伏組件；2、控制單元；3、MPPT效率優(yōu)化單元；31、信號采集模塊；32、MPPT模塊；33、PWM驅(qū)動模塊；34、功率模塊；35、邏輯控制模塊；4、通訊接口單元；5、第一旁路開關(guān)；6、第二旁路開關(guān)；61、第三MOSFET功率管；62、電荷泵；63、儲能電容；64、驅(qū)動電路。

具體實施方式

以下結(jié)合說明書附圖和具體實施例對本實用新型作進(jìn)一步描述。

如圖1和圖2所示，本實施例的光伏發(fā)電控制系統(tǒng)，包括控制單元2、MPPT效率優(yōu)化單元3和通訊接口單元4（其中MPPT為最大功率點跟蹤），MPPT效率優(yōu)化單元3的輸入端與光伏發(fā)電系統(tǒng)中的光伏組件1的輸出端相連、用于實現(xiàn)光伏組件1輸出功率的功率變換；控制單元2與MPPT效率優(yōu)化單元3和通訊接口單元4相連，用于采集MPPT效率優(yōu)化單元3的運(yùn)行信息并對MPPT效率優(yōu)化單元3的啟閉進(jìn)行控制、以及與外部設(shè)備的通信控制。本實用新型的光伏發(fā)電控制系統(tǒng)，MPPT效率優(yōu)化單元3通過對光伏組件1的輸出功率進(jìn)行最大功率追蹤，實現(xiàn)最大功率輸出；另外控制單元2還與通訊接口單元4相連，外部設(shè)備可通過通訊接口單元4對MPPT效率優(yōu)化單元3進(jìn)行開關(guān)控制。

如圖2所示，本實施例中，MPPT效率優(yōu)化單元3采用單芯片集成方案，包括依次相連的信號采集模塊31、MPPT模塊32、PWM驅(qū)動模塊33和功率模塊34，另外還包括邏輯控制模塊35；信號采集模塊31與光伏組件1相連、用于采集光伏組件1的輸出電壓、輸出電流以及功率模塊34的輸出電壓并發(fā)送給MPPT模塊32，具體通過外接采樣電阻對相應(yīng)電壓進(jìn)行分壓而得到；MPPT模塊32用于根據(jù)采集信號執(zhí)行振動觀測MPPT算法，計算得到當(dāng)前控制的PWM信號并發(fā)送給PWM驅(qū)動模塊33，PWM驅(qū)動模塊33用于生成PWM驅(qū)動信號控制功率模塊34的通斷以實現(xiàn)功率變換；另外邏輯控制模塊35收集MPPT效率優(yōu)化單元3的溫度信號，用于保護(hù)控制，可實現(xiàn)過流過壓、過溫以及低電壓關(guān)斷等保護(hù)。MPPT效率優(yōu)化單元3結(jié)構(gòu)簡單、集成度高，大大降低了電路的體積，同時具有較高的可靠性?？刂茊卧?采用低功耗方案，最大限度減少自身損耗，提高了工作效率。在實際工作中，控制單元2采集MPPT效率優(yōu)化單元3的運(yùn)行信息，包括：光伏組件1的輸入電壓電流，PWM波占空比，運(yùn)行狀態(tài)；也可根據(jù)需要對MPPT效率優(yōu)化單元3進(jìn)行關(guān)閉、啟動操作。通訊接口單元4連接外部設(shè)備，接收到數(shù)據(jù)報文后傳輸給控制單元2，控制單元2按照設(shè)定的通信協(xié)議對數(shù)據(jù)報文進(jìn)行協(xié)議解析后，根據(jù)數(shù)據(jù)內(nèi)容執(zhí)行相應(yīng)的遙測或遙控操作，即，按照通信協(xié)議將遙測信息裝訂成報文后發(fā)送到通訊接口單元4，或?qū)PPT效率優(yōu)化單元3進(jìn)行關(guān)閉、啟動操作。通訊接口單元4可采用RS485、ZigBee或者PLC。

本實施例中，功率模塊34包括四個并聯(lián)的第一MOSFET功率管（圖中未示出），四個第一MOSFET功率管的導(dǎo)通角依次相差90度，可以獲得4倍于單個MOSFET功率管開關(guān)頻率的整體開關(guān)頻率，有利于減少輸出紋波，降低開關(guān)損耗，降低對輸出濾波電容的容量要求，從而可以采用陶瓷電容，延長電路使用壽命。另外MPPT效率優(yōu)化單元3的輸出端并聯(lián)有用于在MPPT效率優(yōu)化單元3不工作時閉合的第一旁路開關(guān)5，可在整個控制系統(tǒng)不工作時將其旁路，避免對其它組件產(chǎn)生影響。

本實施例中，控制單元2通過SPI接口與MPPT效率優(yōu)化單元3相連；控制單元2通過SCI接口與通訊接口單元4相連，控制單元2負(fù)責(zé)采集MPPT效率優(yōu)化單元3的運(yùn)行參數(shù)，進(jìn)行分析計算，并根據(jù)相應(yīng)通信協(xié)議生成通信報文，發(fā)送到通訊接口單元4；通訊接口單元4與外部通信設(shè)備相連，負(fù)責(zé)發(fā)送報文并接收外部報文。本實用新型的控制系統(tǒng)集成度高，分立元器件較少，可布置在一小塊電路板上，且電路損耗低、發(fā)熱少。

本實用新型還公開了一種光伏發(fā)電系統(tǒng)，如圖1所示，包括光伏陣列，光伏陣列由多個光伏組件1串聯(lián)而成，每個光伏組件1并聯(lián)有一個第二旁路開關(guān)6，還包括如上所述的光伏發(fā)電控制系統(tǒng)，光伏組件1的輸出端與MPPT效率優(yōu)化單元3的輸入端相連。

如圖3所示，本實施例中，第二旁路開關(guān)6包括第三MOSFET功率管61、驅(qū)動電路64、電荷泵62以及儲能電容63（圖3中的C1），電荷泵62與儲能電容63相連，電荷泵62與驅(qū)動電路64相連，驅(qū)動電路64與第三MOSFET功率管61相連。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中電荷泵62用于在第三MOSFET功率管61關(guān)斷的時間段向C1充電；C1中儲存的電能用于在MOSFET導(dǎo)通的時間段為控制驅(qū)動電路64提供能量以驅(qū)動MOSFET的門極。正常工作時，a、b點電勢差為正，MOSFET關(guān)斷，C1中儲存電能；當(dāng)控制電路檢測到a、b點電勢差為負(fù)時，驅(qū)動電路64生成PWM波驅(qū)動MOSFET門極，C1在PWM波為ON時放電，為驅(qū)動電路64提供能量，在PWM波為OFF時通過電荷泵62充電。PWM波的占空比是預(yù)先設(shè)定的，以期達(dá)到最低的導(dǎo)通損耗，一般在75%~95%之間。通過MOSFET功率管以及配套電路替代原有的旁路二極管（其對外電路特性與傳統(tǒng)二極管相同，表現(xiàn)為冷旁路開關(guān)），不僅防止電池串發(fā)生熱斑，而且因MOSFET功率管具有導(dǎo)通壓降低、反向漏電流很小的特點，在旁路電路導(dǎo)通（25℃，9A）的情況下，其導(dǎo)通損耗約為1W，大大低于傳統(tǒng)二極管的損耗，有利于降低器件工作溫度，延長其使用壽命；而在旁路電路關(guān)斷（25℃，30V）的情況下，其反向漏電流僅為1uA，大大低于傳統(tǒng)二極管，能最大限度降低功率損耗。

雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本實用新型。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實用新型技術(shù)方案范圍的情況下，都可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容對本實用新型技術(shù)方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本實用新型技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本實用新型技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均應(yīng)落在本實用新型技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。